高速公路的瀝青面層設計使用壽命
2015-07-20
我國高速公路的迅猛發(fā)展讓世界矚目，讓國人振奮，但是在取得成就的同時，一些新建高速公路早期結(jié)構(gòu)性破壞現(xiàn)象也十分嚴重。究竟問題出在哪里？ 有人認為是超軸載車輛惹的禍；也有人認為是設計理論方面的問題?？墒侨绻谕粭l路上，相同的設計、相同的標準出現(xiàn)了不同的結(jié)果，就不能不引發(fā)我們的思考。
新建高速公路的“亞健康”現(xiàn)象
建設者在進行初步設計時，都會把建立強大的路面結(jié)構(gòu)體系作為不辱使命的追求，但即使最完美的設計，距實現(xiàn)最終成果畢竟還有很大距離。落實設計目標的過程中除了需要材料、設備、工藝技術(shù)的支持以外，還要施以科學嚴格的工程管理。哪一個條件環(huán)節(jié)有問題都會反映在工程質(zhì)量上。例如：我們相信半剛性基層瀝青路面的多層組合結(jié)構(gòu)具有所需要的足夠承載力是因為事先建立了基本假設：各結(jié)構(gòu)層之間是連續(xù)的；構(gòu)成各結(jié)構(gòu)層的材料是均質(zhì)的，各向相同的。但是如果這些假設不成為客觀存在，所有推論就不能成立。其實在許多半剛性基層瀝青路面高速公路的具體施工中，人們總是把注意力放在各結(jié)構(gòu)層施工方面，而對于它們之間連續(xù)性的建立沒有明確的“交代”。其結(jié)果一定會導致路面組合結(jié)構(gòu)承載力和耐久性下降。
在材料均質(zhì)性方面存在的問題也很多、很普遍。盡管我們選擇了最優(yōu)秀的配合比設計，實驗室數(shù)據(jù)也十分可靠。而來自原材料與生產(chǎn)過程中即便是很小的影響因素，如果沒引起足夠重視就會使結(jié)果變糟。比如高速公路建設中大量使用了進口高檔混合料生產(chǎn)設備，但是國內(nèi)碎石加工業(yè)粗放生產(chǎn)的不規(guī)則產(chǎn)品與這些生產(chǎn)設備的適配性較差，需要對其質(zhì)量和來源加以嚴格控制，否則不合格的混合料將直接影響工程質(zhì)量。
無機結(jié)合料半剛性穩(wěn)定碎石基層除其持力強度以外應具有必要的應力消解作用。而材料模量所對應的應變范圍其實很小，兩者的對應關(guān)系應該非常準確。這就要求我們必須嚴格控制整個生產(chǎn)過程，看似粗糙的工作卻一定要做得十分精細。與正確配合比偏離的結(jié)果將會使這個重要的持力層在溫度變化的時候造成拱空、斷裂或松散，從而對整體路面結(jié)構(gòu)造成影響。
材料均質(zhì)性的不良狀況發(fā)生在瀝青混合料面層時后果更嚴重。不管問題發(fā)生在材料生產(chǎn)、倒運或攤鋪成型哪一個環(huán)節(jié)上，結(jié)果都一樣。如現(xiàn)在仍在使用的一些 10 米以上的寬幅攤鋪機，螺旋布料器時常把混合料粗細分開，即使設計配合比再好，得到的結(jié)果也不會很理想，必然是兩側(cè)透水率高，中間熱穩(wěn)性差。再看一下現(xiàn)有的路面車轍，深淺不一。在同樣的橫斷面位置為什么抗變形質(zhì)量不同？這又說明攤鋪前的混合料就存在均質(zhì)性方面的問題。
目前發(fā)生在瀝青路面上的病害大致可分為兩類：一類是功能性病害，多表現(xiàn)為形變；另一類為結(jié)構(gòu)性病害，主要是翻漿和松散。究其原因很難把它們同建設過程中的混合料離析問題分開，因為它們分別對應混合料離析后兩個方面的反應。
當然，上述問題有主觀原因也有客觀原因，比如原材料選擇限制，比如獻禮工程需要等等。總之工程缺陷的存在使許多交付使用的高速公路處于“亞健康狀態(tài)”，所以要實現(xiàn)高速公路的設計使用壽命,還是要從設計施工抓起。
高速公路養(yǎng)護重在防御
為了使投入使用的高速公路避免早期破壞，達到其設計使用壽命，管理部門接管后首要任務是對其進行全面“體檢”，然后根據(jù)檢測結(jié)果針對存在的問題制定養(yǎng)護方案。
現(xiàn)代公路養(yǎng)護技術(shù)必須由科學的檢測評價，并因此建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和先進的具體養(yǎng)護工程施工工藝。它區(qū)別于以挖坑槽為主的傳統(tǒng)技術(shù)模式，努力的目標在于使路面不出或少出坑槽。兩元化的現(xiàn)代公路養(yǎng)護技術(shù)可以使先進施工工藝的實施真正體現(xiàn)出適時性和適用性，是實現(xiàn)高速公路設計使用壽命的科學保障。
早期養(yǎng)護工作的重心主要是針對工程缺陷的影響。由于工程質(zhì)量優(yōu)劣有別，一些地方也曾出現(xiàn)“小青年醫(yī)療費超支”現(xiàn)象。這似乎不合理，但只要存在允許缺陷工程通過驗收的現(xiàn)象，就必須接受這個事實。比如路面透水，這是一個帶有普遍性的問題。主要是上面層應有的密實防水功能沒有建立起來，嚴重時遇水情就可能在短時間內(nèi)造成大面積災害性破壞。因此這時候“面子”并不重要，理性的做法是抓緊設置表面防水功能層，改善路面排水性。一些人由于對水破壞認識不足，或存在僥幸心理，對路面內(nèi)部“動水”的生成條件及其作用力不夠了解。
眾所周知，瀝青路面較其他路面結(jié)構(gòu)是一個良好的彈柔性板體。在強大的荷載重壓下會發(fā)生形變而形成一個大的彎沉盆，失去荷載作用后路面作彈性恢復。在這個往復過程中，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的殘余空間先被擠密復又還原。當路面有水且有空隙存在的時候，水就會在路面彈性恢復的同時被吸入殘余空間內(nèi)，無論路面透水處（包括裂縫）是否在彎沉盆范圍內(nèi)，都會被路面內(nèi)回彈負壓吸入。所以路面防水不是局部的，而是整體的。水不像空氣那樣容易被壓縮或排除，它們由荷載強壓直接獲得能量，并攜帶巨大能量在路面內(nèi)往復沖刷逐步擴大其空間?？紫堵试礁咦饔昧υ酱?，水沖刷達到無機結(jié)合料基層時不僅弱化基層，而且形成大量粉漿正如隔離劑充斥于瀝青混合料面層，使其失去強度而迅速瓦解。如果此過程輔以凍融條件，面層處于脆硬狀態(tài)下，病害發(fā)展的速度還會加快。所以我們應加強對動水破壞的防范意識，盡量減少由此造成的重大損失。
現(xiàn)在用于建立道路表面防水抗滑功能層的工藝措施較多，如微表處、碎石封層、開普封層等，這些依靠新材料新技術(shù)優(yōu)特性建立的表面功能層能夠收到“內(nèi)病外治”彌補路面結(jié)構(gòu)層功能缺陷的效果。也許將來這些工藝方法在我們國家也會作為設計方案直接用于新建工程，這種方法使上面層結(jié)構(gòu)的配合比設計寬容度較大，能節(jié)約很多優(yōu)質(zhì)石料，新建路面的問題也不會這樣多。到目前為止，絕大部分路面結(jié)構(gòu)形式都應該把防水技術(shù)作為重要的養(yǎng)護保全措施，因為水侵入是造成結(jié)構(gòu)性破壞的一個主要原因。
預防性道路養(yǎng)護就是要強調(diào)處治措施的前置性。首先要通過對運行中道路以及氣候、交通量的觀察、檢測，結(jié)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)資料的記錄反映，發(fā)現(xiàn)病害的可能與先兆，迅速制定并實施處治方案。發(fā)生在不同層面的問題可以分別采用深層壓漿、挖補、灌縫、表面處治以及改善路外防護設施等方法作為對應措施。其中為了充分反映邊修邊通、快修快通、適時、適用的服務原則，應積極開發(fā)使用新型材料和工藝技術(shù)。
高速公路養(yǎng)護隊伍的專業(yè)化和市場化
長期以來，“重建輕養(yǎng)”已成為公路行業(yè)的一大問題，公路養(yǎng)護保全技術(shù)、理論研究也相對滯后。為了改變這種不協(xié)調(diào)的被動局面，近年來行業(yè)內(nèi)有關(guān)改革的呼聲很高，卻又與目前行政管理模式和人們的眼前利益產(chǎn)生矛盾。許多單位雖然以成為公司，實質(zhì)如舊。大家以“領(lǐng)地”為界，企圖自己造一個相宜的“市場”出來,這些“固本清源”的措施實際上阻礙了改革的進展。
今天，養(yǎng)護事業(yè)在高速公路運營中的重要地位已經(jīng)逐步成為人們的共識。許多新技術(shù)、新產(chǎn)品、新理念通過改革開放的門戶在不斷涌入，應該迅速把它們變?yōu)槲覀儑腋咚俟钒l(fā)展的條件與動力。太多的教訓已經(jīng)告訴我們：“各自為戰(zhàn)”自我封閉的舊模式是阻礙一切進步的天然屏障，是造成人力、物力資源浪費的根源。“土圍子”里的“赤腳醫(yī)生”不能代替專家，再精良的裝備在那里也不能發(fā)揮作用。目前只有真正意義走養(yǎng)護工程市場化的道路，才能最大限度實現(xiàn)人力、物力、技術(shù)資源的優(yōu)化與效益。
現(xiàn)在被稱作微表處技術(shù)的前身是稀漿封層，80年代后期就引入我國。后被交通部列入“八五”重點技術(shù)推廣項目，各省區(qū)幾乎都在用，并且對實施單位推出各種輔助優(yōu)惠政策，轟轟烈烈一陣子，不僅沒有搞上去，卻有許多人為其定論， “這東西上不了高等級公路，在縣鄉(xiāng)道路上還湊合。”事實上到了90年代后期它已經(jīng)被應用于一些高等級公路的養(yǎng)護，以后成功的例子越來越多。而其中能做出精品的施工隊伍基本上都是民企專營性質(zhì)，他們把發(fā)展新技術(shù)作為自己生存的希望。這些企業(yè)的設備使用率很高，也造就了一些專家類的技術(shù)人才。稀漿封層技術(shù)發(fā)展了，這項具有豐富內(nèi)涵的多重技術(shù)產(chǎn)物丟掉了略顯粗陋的舊名，作為“微表處”用于處治高速公路橋面、路面，甚至修復車轍，它已經(jīng)成為一種不可替代的優(yōu)秀工藝技術(shù)。這個實例說明，高速公路養(yǎng)護事業(yè)的發(fā)展要走專業(yè)化的路，前提是先要實現(xiàn)市場化。
