長壽命瀝青路面道路立體受控建設新思維

薛新凱，郭泉穎

（新鄉(xiāng)市公路管理局瀝青一庫，河南 新鄉(xiāng)453000）

1 瀝青路面的理論研究及修建現(xiàn)狀

關于瀝青路面的修建，國家不僅有技術標準（如現(xiàn)行《公路工程技術標準》JTG B01—2003）、設計規(guī)范（如現(xiàn)行《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2006））、施工技術規(guī)范（如現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40—2004））、質量檢驗評定標準（如現(xiàn)行《公路工程質量檢驗評定標準》（JTG F80/1—2004））、公路工程工法（路面篇，中國公路建設行業(yè)協(xié)會編，2008）、現(xiàn)場測試規(guī)程（如現(xiàn)行《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60—2008）等一系列成套、較完善的國家行規(guī)及行標，而且還具有供實踐中可參照的較權威性參考手冊（如：配合標準實施的釋義手冊、瀝青路面工程手冊（張登良主編）等）、創(chuàng)新專著（如：改性瀝青與SMA 路面（沈金安編著）、瀝青及瀝青混合料使用性能（沈金安編著））、文獻及與國際瀝青路面建設經驗結合的新理念、公路設計指南、實用價值較高的科研成果及學術報告等。從理論上說，瀝青路面的修建應該不存在什么較大的問題了。實則不然，不僅老生常談的瀝青路面使用壽命較短、車轍、開裂等突出問題依然存在，且一般性的滲水、坑槽、網裂等諸多病害仍較普遍，有些損壞現(xiàn)象出現(xiàn)的周期不僅早、頻率高且時常反復。

近幾年修建的瀝青路面施工技術和管理水平已近達到了標準化、精細化，從材料選定和加工（如對集料的精加工等）、從設計到施工（結構組合及級配設計、施工拌和、攤鋪、碾壓等）控制等，但瀝青路面的修建成品都或多或少地存在著各種問題，而且發(fā)生的有些損壞現(xiàn)象非常嚴重。

在瀝青路面的理論研究方面，為了延長瀝青路面的使用壽命，國內外的道路研究機構、專家、學者付出了巨大努力。但迄今尚未能給出既經濟合理又有效、確切的（如瀝青路面道路的使用壽命周期等）。如以美國1987 年始的SHRP 計劃及1998年始的SIMAP 等為代表的最先進的細觀研究，superpave 設計、DEM 和FEM 方法，圍繞瀝青路面細觀結構研究而采用的X 射線CT 技術、數字圖像技術、分形理論、離散元法和拓撲優(yōu)化等方法，可謂應用了多學科的交叉研究，在道路學科理論研究領域不斷探索。盡管我國的基礎理論原始積淀不足和創(chuàng)新缺位，但近年來以《瀝青路面結構行為理論》（孫立軍等編著）、《瀝青路面細觀結構特性與衰變行為》（裴建中著）等為代表的細觀理論研究水平目前已達到國際研究的前沿水平。

我國作為發(fā)展中國家，近年來隨著各種大噸位不規(guī)范車輛的迅猛增長和復雜的地質及氣候環(huán)境的日益變化，客觀上給瀝青路面的使用壽命增加了極大的不確定性。但在國際上突破性的系統(tǒng)理論研究成果來臨之前（至少可在瀝青路面的建設質量標準與瀝青路面道路整體質量壽命周期關系定量確立之前），面對瀝青路面道路的長壽命問題，面對政府和社會的普遍關注，用發(fā)散型思維方式、應用哲學理念探索、拓展瀝青路面微觀研究與瀝青路面道路整體宏觀受控建設實踐與探索富有積極意義和重大價值。

在瀝青路面的建設實踐方面，國內為了追求瀝青路面道路的長壽命，近幾年對瀝青路面厚度設計也已從過去的幾厘米修建到了現(xiàn)在的二十幾厘米。對高速公路而言，不含路床的整個路面厚度已修建到了目前的73cm 以上。瀝青材料不僅選用了國產AH—90號重交通道路石油瀝青，有的瀝青路面的上、中面層還使用了SBS改性瀝青或橡膠瀝青等。更值得一提的是，瀝青路面混合料已由過去幾厘米的表面處治發(fā)展到現(xiàn)在的熱拌瀝青混合料（HMA）、密級配瀝青混凝土混合料（AC）或瀝青瑪蹄脂碎石混合料（SMA）、密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料（ATB）技術，在級配上還發(fā)展到了骨架密實型，在瀝青混合料的設計上還引入super?pave新理念等。

我國在瀝青路面的設計荷載標準上，也從標準車（指后軸重）提升到目前的標準軸載（1986年后由標準車荷載改為BZZ—60雙輪組的單后軸重60kN及BZZ—100雙輪組的單后軸重100kN兩個標準軸載， 1996 年后取消了BZZ—60，迄今采用BZZ—100一個標準軸載）。我國近幾年對瀝青路面道路建設的投資力度加大。但所有的努力依然擺脫不了建成后在設計周期內不應發(fā)生重大損壞現(xiàn)象及在使用壽命上達不到設計使用壽命周期的問題。人們不僅要問，這種對瀝青路面深入創(chuàng)新的理論研究、標準的提升、投資的日益加大、標準化與精細化施工與瀝青路面道路應有的使用壽命周期極大地不協(xié)調僅僅是因為路面承受的荷載變化及氣候條件之原因嗎？甚至都可歸結為建設質量問題嗎？肯定地回答：不全面。

2 瀝青路面道路立體受控建設對策實踐與探索的基本內涵

截止目前，對瀝青路面道路長壽命問題的實踐與探索思維認為，在現(xiàn)有瀝青路面基礎理論研究與應用基礎上，為確保延長瀝青路面的使用壽命周期，至少還應做好以下工作：（

1）強調路基基底（含結構物基礎底）持力層面（基礎持力穩(wěn)定體的代表）的CBR、彎沉L、壓實度K三大基本指標的科學、合理受控及該持力層面以下合理范圍內的基礎持力穩(wěn)定體以內的各種隱患應一對一科學處治；

（2）瀝青路面道路的整個路面結構中應倡導有柔（相對于剛而言，而非絕對的柔）性結構層的存在，該柔性結構層的位置、定量的柔度與整個路面結構中剛性（相對于柔）層的定量剛度相協(xié)調；

（3）應加強對路面層間的特別處置，如：路面各結構層間、路面結構層與路基的路床間、路基路床與路堤間等多個層間的特別技術設置（如：增大抗彎拉應力、抗車轍、抗開裂、多層防水、抗滑動、整體連接）等提出和實施新對策。瀝青路面道路如高度重視了“三位一體”（見圖1）宏觀控制的實踐與探索，加之對瀝青路面本身的細觀理論研究和精細化實施，至少可有助于延長瀝青路面道路的使用壽命周期。

圖1 填方路基“三位一體”橫斷面示意圖

2.1 關于路基基底“零沉降基準面”與持力穩(wěn)定體

道路工程建設的長期實踐表明，從道路工程專業(yè)的教與學、從科研課題的研究到建設實踐，均把道路工程中的路基、路面及橋涵等結構物工程與其承載的地基分割起來，盡管在理論上有成套的地基基礎工程理論如：《軟土工程施工技術與環(huán)境保護》、《路基路面工程》、《巖土工程》等，人們也深知基礎失穩(wěn)的嚴重性，但在實踐中未對道路的立體架構進行有機、特別地整體設計和實施予以系統(tǒng)實踐與探索，這不符合細觀與宏觀相結合整體駕馭的理念。道路路基基底的持力層面及橋涵結構物工程的基礎持力層面對其以上的工程穩(wěn)定支撐起著至關重要的作用。基礎以下的持力穩(wěn)定體對整個道路的使用長壽命的作用具有永久性，從道路的線性、帶狀、立體的人工構造物定義本身也可悟出，對一條道路而言，路面、路基、基礎持力層面以下合理范圍的持力穩(wěn)定體共同構成的三位一體結構才應是道路工程真正的完整體，且在三位一體中，基礎持力穩(wěn)定體更加重要。只有道路工程的三位一體在長期的道路運營中相互協(xié)調支撐、共同維系承載和抵御地質及復雜氣候、環(huán)境的破壞，道路的使用壽命周期才會得以延長。從這一思維出發(fā)，道路工程應把道路路基基底（含結構物基底）持力層面建立起獨立的概念，這個持力層面實際上是該層面以下持力穩(wěn)定體的堅強代表，也是與路面、路基的呼應。本文在此將這一持力層面稱為“路基相對零沉降基準面”。該持力層面標準的高低及處治的深度和范圍還要取決于該持力層面以下天然組合體的復雜程度，如：井、窖、墓、穴、洞、浜、軟基、膨脹土基、泥巖基、采空區(qū)、高水位、垃圾等各種隱患，必須一對一地得到科學處治，使該天然組合體經科學處治及專項評估后變?yōu)槁坊摹盎A持力穩(wěn)定體支撐工程”。從目前的理論水平考慮，該基礎持力穩(wěn)定體支撐工程的承載能力及穩(wěn)定性表現(xiàn)在“路基相對零沉降基準面上”，至少需要通過該基準面上的回彈模量CBR、彎沉L、壓實度K等三大基本指標滿足不同等級、不同標準、不同使用功能的道路設計要求來體現(xiàn)。填方路基持力層面基準線及壓實級區(qū)實施標示示意圖見圖2。

由于車輛荷載（靜與動）及溫度、濕度變化對道路產生的各種應力與變形均集中在道路路面結構的上部，并逐漸向下傳遞、擴散或消失，為滿足技術經濟合理性要求，該基準面以下的天然組合體處治深度和范圍應與不同等級、不同標準、不同承載與不同環(huán)境條件下的該應力擴散深度相協(xié)調。

2.2 關于瀝青路面結構層中的柔層控制

在瀝青路面道路建設上，筆者認為柔至少可分散或緩解或抵消一大部分應力，但柔的度、柔的位置、剛柔比、柔的結構（如目前已成功實踐的大粒級密級配瀝青穩(wěn)定碎石混合料（ATB）結構等）有待系統(tǒng)和整體深入研究。眾所周知，我國的瀝青路面設計采用的是以彈性層狀體系作為力學分析的基礎理論，所遵循的原則之一是路面各結構層的強度、抗變形能力與各層次的力學響應相匹配，但決不能出現(xiàn)倒裝組合結構，通常要求面層、基層具有較高的強度、模量和抗變形能力，且回彈模量越接近匹配就越理想。瀝青路面結構的回彈模量與其材料的結構與力學特性有關，彈性模量大，說明其剛度大，相對而言，剛度大抗折性就差。從主要依靠路面承受重復的車輛沖擊荷載考慮，抗折性能差的路面結構就易出現(xiàn)開裂，而剛度小時就易出現(xiàn)車轍，如何解決車轍與開裂這對矛盾體，如何從定量角度準確把握路面結構中剛與柔的度，如何解決和把握像層間彈模比一樣的“剛柔比”值得研究。任何的“剛”都是相對于“柔”而言的，日常生活的實踐感悟和事實告訴人們，應用以柔克剛的哲理，以柔來消解或緩解車輛荷載及其沖擊應力當是有效的措施。

2.3 關于路面結構中層間的特別處置

影響道路路面長期穩(wěn)定性的因素除與車輛靜、動（沖擊）荷載、溫度、水有關之外，還與路面各結構層本身的功能及層間受力和層間工作狀態(tài)有關，道路路面在使用壽命周期內的整體穩(wěn)定狀態(tài)與層間的工作狀態(tài)是相輔相成的。因此，在對路面主結構層予以細觀研究和精細化實施外，對主結構層間還應作特別的過渡處置，這種處置包括：過渡層應滿足不同功能（抗彎拉、抗彎切、防水、抗開裂、抗滑、聯(lián)結等）的專門設計與精細化實施（含施工技術、工藝及特別材料），如能對主結構層或各層間特別處置（含橋面間）綜合整體受控，對整個瀝青路面道路的使用壽命周期延長定將事半功倍。如近幾年在路面層間處置的實踐有：應力吸收層（含玻纖格柵等）、橋面拋丸噴砂防水層、瀝青碎石封層、路面與路基間墊層設置等。但如能對不同等級、不同標準、滿足不同功能需求的層間特別處置層以既經濟又科學合理為目標予以成套研究，將更有利于延長瀝青路面道路的使用壽命周期。

3 長壽命路面道路的立體受控科學思維探索

道路是構筑在地球運動球體上的線性、帶狀、立體人工構造物，它不僅承受各種靜、動車輛的重復荷載，且隨時承受各種地質、氣候與環(huán)境的影響。因此，延長瀝青路面道路使用壽命周期是一個漫長而艱巨的任務。盡管有多年對瀝青路面的國內外理論全新研究和實踐，人們期待瀝青路面技術有整體突破性研究創(chuàng)新成果的問世，盡管本文在此提出了瀝青路面道路三位一體的宏觀立體受控對策，瀝青路面道路的使用壽命也只能在科學、合理、有限的設計周期內得到延長。除了上述微觀與宏觀的有效統(tǒng)一研究和實施之外，還應有諸多哲學理念融入設計和施工實踐中。如：路面及路基的多層防水理念、全線瀝青路面厚度確保一致及合理延長臺后過渡搭板、橋端控制縱向沉降及橫向位移的預壓漿與包鑲邊（含中分帶兩側）防止橋頭跳車技術理念，確保路基長年處于中濕狀態(tài)措施等。路面、路基工程本身的細觀研究與道路三位一體宏觀受控實踐與探索及規(guī)范化、標準化、精細化建設共同構成了道路的立體受控體系，立體綜合受控體系的建立和在實踐中有針對性地提出合理的專門預案并能在實施中嚴格受控，有理由相信，瀝青路面道路在設計使用壽命周期內能最大限度地為道路使用者提供最佳服務的目標一定能夠實現(xiàn)。

[1] 張登亮. 瀝青路面工程手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2003.