多孔水泥混凝土路面在山區(qū)公路中應(yīng)用研究進(jìn)展

包 琪，許純梅，史曉娜

(西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，昆明 650224)

中國是一個多山國家，山地面積占全國總面積的2/3。以云南省為例，山地面積占全省總面積的比例高達(dá)94%[1]。眾所周知，山區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，地勢落差較大，很多路段常采用連續(xù)升坡或連續(xù)降坡展線的方法克服高差；或為了改善公路線型和節(jié)省占地在地形復(fù)雜的山區(qū)公路選線中，采用隧道可為選線提供最佳方案。山區(qū)公路特殊的道路結(jié)構(gòu)、交通組成及所處惡劣的自然環(huán)境，長期重載和水分的侵蝕使得相當(dāng)一部分山區(qū)道路在未達(dá)到設(shè)計年限時就發(fā)生不同程度的破壞；同時，不能及時排干的路表水導(dǎo)致路面抗滑系數(shù)下降，交通事故發(fā)生概率明顯增大，而且是重、特大交通事故較多，對國家和人民生命財產(chǎn)造成巨大的損失。因此，山區(qū)道路路面鋪筑材料的合理選擇顯得尤為重要。

多孔水泥混凝土作為一種新型路面材料，是一種由水泥、粗集料和水拌制而成的貧混凝土[2]。多孔水泥混凝土路面具有良好的表面性能，形成的骨架孔隙結(jié)構(gòu)可以迅速排干路表水，提高路面的整體強度，防止“水飄”現(xiàn)象發(fā)生，避免夜間行車時，水面對車燈的反射造成駕駛員的錯覺，保證了行車所需的抗滑性及行車安全[3]。此外，多孔水泥混凝土路表暴露的大量粗集料使路面具有良好的抗磨耗性能，同時滿足排水、抗滑及降噪等方面的要求。本文針對山區(qū)公路病害形成特點展開分析入手，提出多孔水泥混凝土作為一種新型路面材料在山區(qū)公路中特殊路段(長坡、急彎、路肩及凹型豎曲線)和山區(qū)公路隧道中的合理應(yīng)用。

1 多孔水泥混凝土在山區(qū)公路中特殊路段的應(yīng)用

山區(qū)公路在選線過程當(dāng)中，由于受到地勢、地形和坡向等約束條件，常出現(xiàn)一些特殊線形路段。

一方面，為了克服高差，路線設(shè)計中不可避免會遇到“長”、“陡”坡的問題。當(dāng)坡度、坡長較大時，不僅行車舒適性很差，而且行車速度和安全性將受到極大的限制，在荷載、自然條件和交通環(huán)境等多種復(fù)合因素的作用下，采用瀝青路面將會頻繁產(chǎn)生病害，上坡段出現(xiàn)車轍，下坡段出現(xiàn)推移、擁包和開裂，早期水損壞現(xiàn)象嚴(yán)重[4]。加之貨車在長下坡路段頻繁制動導(dǎo)致制動器溫度過熱而剎車失靈的問題，常在車上加裝淋水器，在行駛過程中不斷給車輪淋水降溫[5]。不能迅速排干的路表水降低了車輛行駛所需的抗滑能力，埋下安全隱患；另外，山區(qū)公路不可避免的出現(xiàn)凹形豎曲線，縱坡較大時，由原坡形成的凹向豎曲線底部因排水不暢或不及時而極易匯水，不封水的瀝青混凝土路面長期浸泡在水中，導(dǎo)致瀝青與集料之間的粘結(jié)能力下降。與此同時，路面受到行車荷載的反復(fù)作用，形成坑槽、唧漿和麻面等病害，大大降低了瀝青混凝土路面的使用壽命及行車舒適性。

另一方面，受山區(qū)地形限制，設(shè)計過程中最小轉(zhuǎn)彎半徑不能完全符合設(shè)計規(guī)范要求，當(dāng)彎道處車輛行駛速度較大時，由于向心力不足造成車輛滑移甚至側(cè)翻。進(jìn)而引起急彎路段上的瀝青路面受壓密變形、磨光和磨損兩個變形同時作用[6]，造成路面構(gòu)造深度明顯減小，而在汽車輪胎與環(huán)境荷載的綜合作用下，因瀝青路面被磨光，其抗滑性能持續(xù)下降[7]，車輛受離心力的作用極易產(chǎn)生滑移側(cè)翻。大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明：道路交通事故發(fā)生率與路面的抗滑性能密切相關(guān)，路段的雨天事故發(fā)生率與晴天事故發(fā)生率均隨路面抗滑指標(biāo)值的提高而下降，路面排水不暢是引起車輛打滑進(jìn)而造成交通事故的主要原因之一。

此外，山區(qū)高速公路修筑路肩時受地形地貌條件的約束，相對平原和丘陵地區(qū)應(yīng)適當(dāng)縮減路肩設(shè)計寬度可以有效減少修筑難度和工程造價。但過窄的山區(qū)高速公路路肩會增加駕駛員行車時的心理緊張度和心理負(fù)擔(dān)，這樣在長時間行車過程中，駕駛員容易過早疲勞導(dǎo)致操作失誤，甚至有時出現(xiàn)行駛車輛偏離行車軌道，引發(fā)道路交通事故。同時，山區(qū)公路半填半挖路段相對較多，很多駕駛員在夜間行駛由于視線不佳容易行出行車道而駛向路肩，在不及時使回行車道的情況下，有很大可能側(cè)翻入懸崖，安全隱患不容忽視；

大孔隙結(jié)構(gòu)使多孔水泥混凝土道路具有良好的排水性能和降噪效果。2004年，長安大學(xué)鄭木蓮[8]采用自行設(shè)計的滲透儀對4種級配的集料進(jìn)行試驗，得到了滲透系數(shù)與空隙率之間的關(guān)系，當(dāng)有效空隙率ne(%)為33.5時，滲透系數(shù)K(cm/s)可達(dá)17.25。國內(nèi)外研究的試驗結(jié)果表明，多孔水泥混凝土的透水系數(shù)范圍為0.1～1.5cm/s。荷蘭的經(jīng)驗表明，多孔層厚4cm，保持孔隙率25%能最大限度的降低交通噪音。對荷蘭等國家對歐洲項目進(jìn)行分析得知，多孔水泥混凝土面層比其他面層結(jié)構(gòu)的降噪效果要好，此時多孔水泥混凝土的孔隙率為17.3%[9]。同時，多孔水泥混凝土路表暴露的大量粗集料使路面具有良好的抗磨耗性能。按規(guī)范要求，新建水泥混凝土路面的摩擦系數(shù)(BPN)值要大于45，多孔水泥混凝土的BPN值可高達(dá)55，其抗摩擦性能滿足要求，使路面保持較好的完整性[9]。因此，針對山區(qū)公路特殊路段(長坡、急彎及凹型豎曲線)，尤其當(dāng)縱坡大于6%時，不宜鋪設(shè)瀝青類路面的長坡路段，可以鋪筑多孔水泥混凝土路面，其良好的排水性能不但避免了水損害的加劇，同時提高了道路的抗滑能力，保證路面的平整性及行車安全。此外，當(dāng)駕駛員行駛在鋪有多孔水泥混凝土的路肩時，車身發(fā)生的輕微顫是提醒駕駛員已經(jīng)偏離行車道的重要信號，警示駕駛員應(yīng)盡快將車輛駛回安全地帶，減少車輛側(cè)翻墜崖事故的發(fā)生。

2 多孔水泥混凝土在山區(qū)公路隧道中的應(yīng)用

公路隧道具有改善路線線形、縮短行車?yán)锍獭⑻岣哌\性效率及保護(hù)環(huán)境的重要作用，是高速公路穿越山嶺重丘區(qū)的比較經(jīng)濟(jì)的工程方案[10]。由于公路隧道一般位于大山、河流等特殊地段上，具有線形復(fù)雜多變、溫差小、濕度大、空氣污染嚴(yán)重和交通噪聲大等特點。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的近一步深入，長大隧道將越來越多的出現(xiàn)在高速公路中。

當(dāng)前，隧道瀝青路面施工常用的熱拌瀝青混合料所釋放出的熱量及有害氣體不能有效快速的散開，導(dǎo)致隧道內(nèi)施工環(huán)境惡劣，對施工人員身體造成巨大傷害，攤鋪設(shè)備和碾壓設(shè)備也會因發(fā)動機水溫過高而頻繁停機。據(jù)資料顯示[11]：在生產(chǎn)瀝青混合料的過程中，溫度升高10℃，每噸混合料將多產(chǎn)生0.9kg的CO2排放量，將混合料溫度降低30℃，改性瀝青混合料CO2排量削減13%。為解決熱拌瀝青帶來空氣污染的問題，出現(xiàn)了溫拌瀝青混合料這種環(huán)保型材料。溫拌瀝青拌制過程中不僅依然存在有害氣體排放，同時拌和溫度的下降導(dǎo)致強度降低，不能作為隧道內(nèi)路面材料的最佳選擇。開放交通階段，為了避免隧道內(nèi)由于交通事故引起的車輛火災(zāi)的火勢蔓延，常采用阻燃瀝青作為面層鋪筑材料，但其價格昂貴，造成材料預(yù)算過高。路面磨耗(使用過程中車輛與道路產(chǎn)生磨耗)和路面污染(煙塵積聚)、路面潮濕(縱坡路段貨車剎車產(chǎn)生的水滯留在隧道進(jìn)口處，不易風(fēng)干)引起隧道路面抗滑性能下降[10]，造成隧道內(nèi)交通事故頻繁發(fā)生。此外，當(dāng)隧道的長度超過1000m后，解決噪音和照明等運營環(huán)境問題便顯得尤為重要[12]。隧道內(nèi)行駛車輛產(chǎn)生的噪音發(fā)生反射、共振和疊加對駕駛者有著非常消極的影響。噪聲持續(xù)時間之久能使人的反應(yīng)能力下降，心理恐慌、煩躁，容易誘發(fā)交通事故。美國職業(yè)安全與健康管理局(OSHA)《職業(yè)安全與衛(wèi)生條例》規(guī)定：當(dāng)噪聲超過80dB時，會對人的聽力造成很大的傷害。朱文[12]等人對重慶部分隧道進(jìn)行了現(xiàn)場聲級測量，測量數(shù)據(jù)表明，4座隧道(2座普通混凝土路面和2座瀝青路面)內(nèi)的噪聲水平都在85dB之上。

多孔水泥混凝土可以廠拌后運送到隧道內(nèi)進(jìn)行施工，幾乎“0污染”的施工環(huán)境受到廣大施工人員的青睞。并且憑借多孔水泥混凝土良好的排水性能及降噪性，道路在運營階段滿足了車輛安全行駛的抗滑要求的同時，保證了隧道內(nèi)友好的行車環(huán)境。目前，國內(nèi)外學(xué)者對多孔水泥混凝土的降噪特性均有相關(guān)研究。Desornet實測數(shù)據(jù)表明這種路面可以降低6dB(A)的噪聲[13-14]。2006年，交通部公路科學(xué)研究所[15-16]在廣西鋪筑了一條多孔水泥混凝土試驗路，測量結(jié)果表明，多孔水泥混凝土路面降噪約5dB(A)。

公路隧道尤其是長達(dá)隧道內(nèi)的光線較暗，應(yīng)采用具有高漫反射率的材料作為隧道內(nèi)路面攤鋪材料，以獲得良好的照明效果[17]。一般隧道內(nèi)明亮的混凝土路面反射系數(shù)為0.24～0.31，明亮的瀝青路面反射系數(shù)為0.18～0.21[18]，水泥混凝土路面的高反射系數(shù)對道路安全具有重要作用，有助于提供道路標(biāo)線或背景燈能見度對比，從而防止眩光。多孔水泥混凝土路面彌補了瀝青混凝土路面及普通混凝土路面的諸多不足之外，在相同條件下可減少隧道內(nèi)照明要求，有助于節(jié)約能耗。因此，白色多孔水泥混凝土路面在公路隧道中應(yīng)用具有社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)束語

我國幅員遼闊，山區(qū)眾多。由于山區(qū)道路受山區(qū)地形、地勢及自然環(huán)境等因素影響，對山區(qū)道路路面材料的選擇提出了更高要求。通過分析山區(qū)公路病害形成的特點，論述了多孔水泥混凝土作為一種新型路面材料在山區(qū)公路中特殊路段和山區(qū)公路隧道中的合理應(yīng)用是保證路面完整性及預(yù)防道路交通事故的有效方法之一。為特殊路段(長坡、急彎、路肩及凹型豎曲線)和山區(qū)公路隧道存在的安全隱患提供了良好的技術(shù)借鑒。同時，針對多孔水泥混凝土存在的不足提出以下建議。第一，空隙率的大小及分布特征以是影響多孔水泥混凝土材料各項指標(biāo)的關(guān)鍵因素，由于不同空隙率范圍呈現(xiàn)出的材料性能有所不同，應(yīng)加強對材料內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)特征與其宏觀性能間的關(guān)聯(lián)性發(fā)展研究。第二，研究彩色多孔水泥混凝土的制備、性能、鋪筑技術(shù)和養(yǎng)護(hù)方法，讓彩色多孔水泥混凝土路面為山區(qū)公路增添活力，同時起到正確誘導(dǎo)駕駛員視線的作用，保證行車安全。

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