基于LCA的低碳干線公路耐久性路面性能研究
——以G312鎮(zhèn)江城區(qū)改線工程為例

談 飛

（鎮(zhèn)江市公路事業(yè)發(fā)展中心， 鎮(zhèn)江 212028）

1 路面壽命周期評(píng)估（LCA）

“十三五”期間是我國交通運(yùn)輸業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，節(jié)能環(huán)保是綠色交通發(fā)展的重要抓手，也是推進(jìn)交通強(qiáng)國的核心內(nèi)容。傳統(tǒng)的干線公路建設(shè)方案通常只考慮考慮了路面承載和功能滿足需求，過于追求公路初期建設(shè)過程中的性能和經(jīng)濟(jì)的最佳結(jié)合，忽視了公路本質(zhì)上是長(zhǎng)期使用的產(chǎn)品，因此只分析公路建設(shè)過程的性能、費(fèi)用和環(huán)境影響來作為決策依據(jù)是不夠全面的。而壽命周期評(píng)價(jià)（Life cycle assessment，即LCA）是一種用于評(píng)價(jià)產(chǎn)品在其整個(gè)壽命周期中，即從原材料的獲取，產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用直至產(chǎn)品使用后的處置過程中，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的技術(shù)和方法，可以從全壽命周期去評(píng)價(jià)和決策出適用于干線公路建設(shè)的低碳材料和路面結(jié)構(gòu)組合形式。

2 低碳耐久性路面結(jié)構(gòu)選擇

低碳路面結(jié)構(gòu)是未來公路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的主流方向，即采用低碳新材料、新方法、新工藝，實(shí)現(xiàn)公路工程全壽命周期范圍內(nèi)能耗排放強(qiáng)度的顯著降低。其中橡膠瀝青摻入的橡膠粉含量較大（一般要在15%以上），能夠有效利用廢舊輪胎資源，符合國家“廢舊資源循環(huán)利用”的理念和“加強(qiáng)能源資源節(jié)約和可持續(xù)發(fā)展”理念的新材料，成品濕法橡膠瀝青SMA-13 的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和水穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能均能滿足相應(yīng)的技術(shù)要求，混合料動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)7824 次/mm，具有較好的高溫穩(wěn)定性，可在干線公路瀝青路面上面層使用；高模量瀝青混合料一般是指模量高于改性瀝青混合料的特種瀝青混合料，其動(dòng)穩(wěn)定度達(dá)到9632 次/mm，疲勞次數(shù)達(dá)到165 萬次，具有較高的強(qiáng)度、模量，優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性、抗疲勞性能，減少高溫及車輛荷載作用下路面結(jié)構(gòu)的塑性變形，提高路面尤其是中下面層的高溫抗車轍能力，改善瀝青混合料的抗疲勞性能，從而延長(zhǎng)路面的使用壽命。本文基于廢物循環(huán)利用的橡膠瀝青技術(shù)以及延長(zhǎng)道路使用壽命的高模量技術(shù)選取2 種路面結(jié)構(gòu)技術(shù)方案通過全壽命技術(shù)指標(biāo)比較分析來決策耐久性路面結(jié)構(gòu)的組合形式。全壽命周期費(fèi)用主要包括初建費(fèi)用、大中修費(fèi)用及期末殘值組成。

表2-1 路面各種方案的初建費(fèi)用清單

當(dāng)干線公路路面行駛質(zhì)量較差，基本不能滿足現(xiàn)有的行車要求，需要對(duì)其進(jìn)行工程改造來保證服務(wù)質(zhì)量，該過程產(chǎn)生的成本即為維修改造成本。在使用15年年限內(nèi)預(yù)估不需要進(jìn)行大修，僅需開展中修養(yǎng)護(hù)，中修方案均以面層銑刨重鋪為主。費(fèi)用如表2-2 所示。

表2-2 壽命周期內(nèi)養(yǎng)護(hù)維修階段大中修的成本費(fèi)用

采用比選方案剩余服務(wù)壽命的價(jià)值。計(jì)算公式如下：

式中：LA—最后一次養(yǎng)護(hù)的施工年份到壽命末（或分析期末）的年數(shù)；LE—該養(yǎng)護(hù)措施的預(yù)期使用壽命；Cr—該項(xiàng)改造措施的修建費(fèi)用；SV—路面殘值。

用公式分別計(jì)算幾種方案的路面殘值，結(jié)果如表2-3 所示。

表2-3 幾種方案在路面使用末期的路面殘值（1 個(gè)基本單元）

表2-4 功能單位全壽命周期費(fèi)用匯總（萬元，15年）

通過全壽命周期指標(biāo)分析，方案B（橡膠瀝青和高模量技術(shù)）雖然初期的修建成本高，但是在后期養(yǎng)護(hù)過程中，消耗資金少，且在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)不需要進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)，節(jié)約了大量的資金，從全壽命周期角度出發(fā)，具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)減少了養(yǎng)護(hù)維修次數(shù)能源消耗較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)減少達(dá)60%～75%，有非常明顯的節(jié)能減排優(yōu)勢(shì)。所以推薦干線公路段路面結(jié)構(gòu)可采取B 方案。

3 低碳耐久性路面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)段長(zhǎng)期性能觀測(cè)

G312 鎮(zhèn)江段進(jìn)行改線工程，通過路線南移將過境大交通繞出主城區(qū)，解決了鎮(zhèn)江城市內(nèi)部交通和過境交通混行的問題，同時(shí)又解決了老城區(qū)的發(fā)展問題，對(duì)城市的發(fā)展起到良好的帶動(dòng)作用。本文依托G312 鎮(zhèn)江城區(qū)改線工程，根據(jù)改線后的公路段沿線具有豐富的鐵礦和石灰石礦，所以車流量較大、重載比例高的特點(diǎn)對(duì)A、B 方案進(jìn)行優(yōu)化。其中G312 鎮(zhèn)江段公路段主線路面結(jié)構(gòu)為優(yōu)化后的A 方案：5cm 成品橡膠瀝青SMA-13+8cm 成品橡膠瀝青Sup-20。試驗(yàn)段采用優(yōu)化后的B 方案，在公路段礦山出口長(zhǎng)大縱坡上坡路段（右幅K20+500～K23+053，坡度2.2%～3.5%），鋪筑路面結(jié)構(gòu)為4cm 成品橡膠瀝青SMA-13+8cm高模量EME-14+1cm 的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層（增加橡膠瀝青應(yīng)力吸收層為了延緩基層反射裂縫的發(fā)展）。

表3-1 試驗(yàn)段方案匯總

試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果證明，采用的橡膠瀝青應(yīng)力吸收層嚴(yán)格按照質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行撒布、養(yǎng)生，現(xiàn)場(chǎng)撒布均勻，粘結(jié)牢固；成品濕法橡膠瀝青SMA-13試驗(yàn)段的滲水、芯樣厚度、壓實(shí)度均達(dá)到設(shè)計(jì)要求；高模量EME-14 混合料鋪面效果均勻，且不存在糊面、泛油等現(xiàn)象，施工效果良好，壓實(shí)度、滲水等指標(biāo)滿足要求；成品濕法橡膠瀝青混合料鋪面效果較好，施工效果良好，從現(xiàn)場(chǎng)擺置測(cè)試可以看出，具有較好的抗滑性能；可作為低碳耐久性路面的上面層使用。G312 鎮(zhèn)江城區(qū)改線工程于2017年01月25日建成通車，道路建成通車后分別在2017年9月和2018年5月對(duì)路面第二車道和第三車道的車轍和平整度進(jìn)行檢測(cè)。

表3-1 公路段耐久性路面試驗(yàn)段與其他路段平均車轍深度對(duì)比（mm）

表3-2 公路段耐久性路面試驗(yàn)段與其他路段平整度對(duì)比（m/km）

通過數(shù)據(jù)對(duì)比公路段耐久性路面試驗(yàn)段與公路段其他路段車轍深度基本相當(dāng)。公路段耐久性路面試驗(yàn)段設(shè)置在連續(xù)長(zhǎng)大縱坡路段，如若采用傳統(tǒng)的路面結(jié)構(gòu)方案，車轍深度會(huì)比公路段其他路段要大，同時(shí)公路段耐久性路面試驗(yàn)段平均平整度指數(shù)小于2.0m/km，與公路段其他路段平整度指數(shù)相當(dāng)。

4 結(jié)論

通過LCA 全壽命分析表明：雖然高模量耐久性路面結(jié)構(gòu)的初期建設(shè)成本較傳統(tǒng)方案高5.17%，但養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用減少75%。從全壽命周期角度分析，比較方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)。試驗(yàn)段跟蹤觀測(cè)表明，應(yīng)用于長(zhǎng)大縱坡路段的耐久性路面試驗(yàn)段與其他路段相比，車轍深度基本相當(dāng)，平整度較好，說明課題提出的耐久性路面結(jié)構(gòu)方案具有優(yōu)異的抗車轍能力和耐久性。未來干線公路建設(shè)應(yīng)完善基于LCA 的路面方案決策方法，并加強(qiáng)推廣應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)公路全壽命周期內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。