對路面壽命的認識與思考

劉秀麗

山東省臨朐縣交通運輸局，山東 濰坊 262600

交通運輸是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎。公路交通運輸實現(xiàn)“門到門”服務，其他運輸方式都必須通過公路來銜接，由此可見公路在綜合交通運輸體系中突出的重要性和基礎性。公路是提供公路交通運輸服務的基礎，而路基路面等主體結(jié)構(gòu)則是其中最重要的部分之一，其使用壽命情況直接關系到公路基礎設施投資效率的發(fā)揮。在公路設施體系中，路面直接承受交通荷載和自然環(huán)境的反復作用，性能衰變快，是設計使用年限最短的構(gòu)件。

延長路面設計和使用壽命，是國內(nèi)外道路工程領域研究的焦點之一。21世紀初，歐洲提出了長壽命路面的概念，并于2004年和2010年頒布了長壽命柔性路面使用技術指南和長壽命半剛性路面使用技術指南，美國隨后也提出了長壽命路面（或稱為永久性路面）。圍繞怎樣提高路面耐久性的問題，國內(nèi)外都開展了大量研究，在路面材料、路面結(jié)構(gòu)等領域取得了諸多成果，為延長路面使用壽命提供了技術支撐。

同時我們也必須看到，路面壽命問題十分復雜，它不僅與工程設計與施工質(zhì)量相關，還受交通荷載、環(huán)境因素等顯著影響。路面設計方法的不完善、路面施工質(zhì)量的不穩(wěn)定、路面運營環(huán)境的復雜等，使得路面設計壽命經(jīng)常與實際使用情況不一致，再加上個別項目出現(xiàn)的工程質(zhì)量差、使用壽命短，使之受到社會的高度關注。

為此，本文對路面壽命問題進行探討，包括國內(nèi)外對路面設計年限的定義、國內(nèi)外路面設計使用年限、路面實際使用年限與設計使用年限的關系以及我國路面實際使用年限等，并提出建議。

與公路壽命相關的概念分析

公路基礎設施是由路基、路面、橋涵、隧道等多個構(gòu)件組成的，從交通運輸行業(yè)標準來看，不同構(gòu)件對壽命的要求和規(guī)定各不相同。

（1）公路壽命不是專業(yè)術語，交通運輸部《公路工程名詞術語》（JTJ 002—87）、《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）等標準中均沒有定義。

（2）在交通運輸部標準體系中，公路路基工程、排水工程、支擋防護和砌筑工程、隧道工程等并沒有明確提出壽命的概念。

（3）橋涵采用設計基準期、設計使用年限兩個概念。《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60—2015）規(guī)定，設計基準期是為確定可變作用等的取值而選用的時間參數(shù)，設計使用年限是在正常設計、正常施工、正常使用和正常養(yǎng)護條件下橋涵結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進行結(jié)構(gòu)大修或更換（即可按其預定目的使用）的年限。

（4）路面工程采用設計使用年限或者設計基準期的概念。瀝青路面采用的是設計使用年限，《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2017）將其定義為在正常設計、施工、使用和養(yǎng)護條件下路面不需要結(jié)構(gòu)性維修的預定使用年限。水泥混凝土路面采用的是設計基準期，《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40—2002）將其定義為計算路面結(jié)構(gòu)可靠度時考慮各項基本度量與時間關系所采用的基準時間。路面設計使用年限或者設計基準期并沒有明確指出是針對面層還是基層。

可見，在公路基礎設施中，只有路面工程和橋涵工程有壽命的概念。

國內(nèi)外路面設計年限對比

（1）我國路面設計年限概況

我國《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40—2011）規(guī)定，高速公路、一級公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計基準期取30年，二級及二級以下公路取20年，如表1所示。

我國《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2017）規(guī)定，高速公路、一級公路瀝青路面結(jié)構(gòu)設計使用年限應不低于15年，二級公路應不低于12年，三、四級公路分別應不低于10年和8年，如表2所示。路面壽命問題十分復雜，它不僅與工程設計與施工質(zhì)量相關，還受到交通荷載、環(huán)境因素等的顯著影響。

表1 我國水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計基準期

（2）國外路面設計年限情況

美國瀝青路面設計壽命采用使用期（performance period）和分析期（analysis period）兩個概念。美國國家公路與運輸協(xié)會標準《AASHTO 路面結(jié)構(gòu)設計指南》（AASHTO Guide for Design of Pavement Structures）中規(guī)定，使用期指新建或者重建的路面結(jié)構(gòu)的服務能力從初始值衰減到終值所經(jīng)歷的時間，取值范圍一般為10~20年。路面設計一般先確定分析期，然后將分析期劃分為1個新建期和若干個重建期，新建期一般為20年。

歐洲各國一般按照經(jīng)濟性、公路類型和材料確定瀝青路面設計壽命，以設計期（design period）表示。歐洲各國中，英國的設計期一般采用40年，法國、德國一般采用30年，意大利、荷蘭、西班牙等多數(shù)國家一般采用20年。

日本道路協(xié)會《鋪裝設計施工指針》采用“設計期間”的概念，并將其分為“路面設計期間”、“鋪裝設計期間”兩種。路面設計期間是道路開放后路表面塑性變形、平整度不能達到要求的時間，可以理解為路面功能壽命。鋪裝設計期間是指在交通荷載重復作用下整個路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞損傷而出現(xiàn)開裂的時間，可以理解為路面結(jié)構(gòu)壽命。路面設計期間一般為5年，鋪裝設計期間一般為20年，由公路管理機構(gòu)根據(jù)具體情況確定，例如對于國道高速公路可以選擇40年。

（3）國內(nèi)外對比

對比國內(nèi)外路面設計年限情況可以看出，發(fā)達國家一般采用設計期和分析期兩個概念，日本還區(qū)分有功能壽命和結(jié)構(gòu)壽命，而我國沒有進行這樣的細分。

發(fā)達國家路面設計期并非采取確定的數(shù)值，而是由設計者或者公路管理機構(gòu)根據(jù)實際情況確定，通常采用的設計期略長于我國。但是，我國的標準軸載是100 kN，高于發(fā)達國家較多采用的80 kN標準軸載，設計條件更苛刻。因此綜合來看，我國和發(fā)達國家路面設計壽命應該是基本相當?shù)摹?/p>

同樣是發(fā)達國家，各國的路面設計年限的長短也存在很大差別。一些分析認為，路面設計年限的長短不僅要考慮技術因素，更重要的是還要考慮經(jīng)濟因素。我國采用15年的設計年限，且普遍采用價格相對低廉的無機結(jié)合料穩(wěn)定材料基層，是根據(jù)我國經(jīng)濟社會發(fā)展實際情況做出的合理選擇。

路面實際使用年限與設計年限的關系

路面設計年限是路面在設計標準荷載下按照設計交通量增長率作用出現(xiàn)疲勞破壞所經(jīng)歷的時間。如果設計時假設的條件與實際情況不一致，例如交通量實際增長率與預期不一致，交通組成（軸載大小、胎壓高低等）發(fā)生變化等，路面實際使用年限就會與設計年限不一致，而這種情況是必然發(fā)生的，因為路面設計時的假設不可能與實際情況完全一致，尤其是對于我國這樣一個經(jīng)濟社會高速發(fā)展的社會而言更是如此。例如，某條公路路面設計年限是15年，由此計算得到的路面能承受的交通量假設是1 000萬次標準軸載，但是由于交通量增長迅猛，使路面在6年時間就已經(jīng)承受了1 000萬次的標準軸載作用，那么該路面已經(jīng)達到了設計使用年限的要求。

路面實際使用年限的確定也存在不少問題。按照路面設計理論，路面壽命應該以疲勞破壞作為判斷依據(jù)，但是實際上很多路面病害難以判斷是否為疲勞破壞，因此可操作性不強。分析認為，可以將路面大修（銑刨重鋪）時間作為路面實際使用年限的判斷依據(jù)。

我國路面實際使用年限分析

我國公路總里程僅約為美國的70%，而我國公路網(wǎng)承擔的貨運量是美國的3.7倍，在此情況下保持公路網(wǎng)的整體平穩(wěn)運行，說明我國公路路基路面實際使用年限總體水平較好。

從絕對時間上看，我國早期修建的高速公路，例如1989年通車的京津塘高速公路北京段，1993年通車的首都機場高速公路，1994年通車的廣東廣深珠高速公路、山東濟青高速公路等，至今未見進行結(jié)構(gòu)性大修的報道，運行時間均已經(jīng)達到或超過25年。我國2002年之前通車的高速公路超過2萬km，至今運行時間超過15年，對路面基層進行結(jié)構(gòu)性大修的報道也不多。

從承受交通荷載情況看，由于我國經(jīng)濟發(fā)展迅猛，交通量增長快，車輛超載問題相比發(fā)達國家更為嚴重，路面在相同時間內(nèi)承受的當量軸次更高，實際使用年限在總體上是比較好的。

建議

我國在路面壽命方面取得了一定成績，但是與建設交通強國的要求還有很大差距，與百姓的期許有不少距離，對此筆者有如下建議。

（1）對影響公路壽命的潛在風險進行預判和提前介入。例如，從超載的嚴重程度看，目前普通國省干線公路的超載問題要重于高速公路，而普通國省干線公路的路面結(jié)構(gòu)強度要弱于高速公路，容易出現(xiàn)路況較快下滑的問題，建議提前介入處理。

（2）推動超載超限治理。公路是服務于行車需要的，根據(jù)車重的增加而加厚路面結(jié)構(gòu)，理論上可行，實際上代價卻極高，而從車的角度入手加以解決，即深入推動超載超限治理，效果將十分顯著。

（3）持續(xù)開展路面延壽技術研究。美國、歐盟等一直在開展路面技術研究，已提出第五代公路、基于性能的力學經(jīng)驗設計方法（MEPDG）等新成果，推動路面科技不斷向前發(fā)展。建議啟動實施類似于美國SHRP計劃這樣的“路面材料與結(jié)構(gòu)延壽戰(zhàn)略研究計劃”，建立系統(tǒng)完善的路面材料設計體系、結(jié)構(gòu)設計體系、施工成套技術、養(yǎng)護成套技術，進一步提升我國公路路面材料與結(jié)構(gòu)耐久性。