1、前言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來(lái)高等級(jí)公路開(kāi)始在我省大量修建。高等級(jí)公路選用瀝青砼路面還是水泥砼路面，一直是困擾設(shè)計(jì)者和決策者的一個(gè)問(wèn)題。?對(duì)于高等級(jí)公路選用何種類(lèi)型的路面存在著許多不容忽視的因素，水泥砼路面雖然具有剛度大、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、抗疲勞特性好、使用年限長(zhǎng)、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、施工取材方便等優(yōu)點(diǎn)，但是水泥砼這種水硬性
材料對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足、超載很敏感，或者由于施工方面的原因而達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，一旦出現(xiàn)上述情況，破壞就會(huì)迅速發(fā)展，難以維護(hù)。并且破壞后修復(fù)困難，費(fèi)用也高。同時(shí)由于水泥砼路面接縫、施工等方面的原因造成的不平整度問(wèn)題對(duì)高等級(jí)公路來(lái)說(shuō)就顯得更加突出。瀝青砼路面具有可以分期修建、平整度易于得到保證、行車(chē)舒適、易于修復(fù)、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，目前在高等級(jí)公路上得到廣泛應(yīng)用。但瀝青砼路面的抗災(zāi)性、對(duì)水和溫度的敏感性等方面明顯弱于水泥砼路面，又由于瀝青與各種集料的結(jié)合性能不同，在水文、氣候條件差及缺乏堿性集料的地區(qū)，很容易造成瀝青的剝落、分離，從而加速路面破壞。?
路面鋪筑技術(shù)、施工裝備和人員素質(zhì)直接影響著路面的質(zhì)量?？傮w來(lái)說(shuō)，瀝青砼路面的鋪筑設(shè)備、技術(shù)水平較水泥砼路面要先進(jìn)。我省目前在高等級(jí)公路水泥砼施工方面所采用的拌和設(shè)備和攤鋪設(shè)備還屬于小型施工機(jī)具范疇，并沒(méi)有形成象瀝青砼路面那樣從拌和到攤鋪全過(guò)程的機(jī)械化
施工設(shè)備系列。?
綜上所述，瀝青砼路面和水泥砼路面各有其優(yōu)缺點(diǎn)，高等級(jí)公路采用何種類(lèi)型路面不是一個(gè)能簡(jiǎn)單回答的問(wèn)題，有必要對(duì)兩種路面的施工水平、使用現(xiàn)狀、破壞現(xiàn)狀、養(yǎng)護(hù)狀況、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用進(jìn)行全面調(diào)查，綜合考慮當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土基狀況、交通量大小、施工技術(shù)水平等因素，對(duì)兩種路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會(huì)影響等方面的綜合比較，通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀的客觀分析，以可靠的數(shù)據(jù)與科學(xué)的分析方法說(shuō)明高等級(jí)公路在目前條件下應(yīng)采用何種類(lèi)型的路面。??
2、兩類(lèi)路面現(xiàn)狀調(diào)查??????????
路面長(zhǎng)期的使用性能及建養(yǎng)投資是高等級(jí)公路路面選型的決定因素。路面現(xiàn)狀調(diào)查主要包括瀝青砼路面、水泥砼路面兩種類(lèi)型路面的破壞、路面平整度、強(qiáng)度、施工技術(shù)、施工工藝以及工程投資和養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用等幾個(gè)方面。?
（1）路面破損調(diào)查采用目測(cè)調(diào)查法，以1000～2000m為一個(gè)調(diào)查段落。主要內(nèi)容為瀝青砼路面的裂縫、車(chē)轍、坑槽、沉陷擁包等，水泥路面的斷裂、唧泥、錯(cuò)臺(tái)、和接縫破壞等。?
?。?）路面彎沉調(diào)查以貝克曼梁為主要調(diào)查工具，少數(shù)路段采用落錘式彎沉儀FWD測(cè)試。?
?。?）路面平整度調(diào)查采用顛簸累積（BI）儀進(jìn)行調(diào)查，每100m為一個(gè)統(tǒng)計(jì)路段。?
?。?）路面類(lèi)型對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性主要調(diào)查受水侵害嚴(yán)重的低路堤路段對(duì)兩類(lèi)路面的適應(yīng)性。?
?。?）路面建設(shè)費(fèi)用、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及路況的歷史資料，主要通過(guò)查閱有關(guān)文檔資料獲得。?
?。?）調(diào)查路段的確定，主要考慮公路等級(jí)、路面類(lèi)型、所屬地區(qū)、使用年限上具有的代表性，選擇了全省有代表性的高等級(jí)公路路面段共7條21段約266km，范圍涉及全省11個(gè)地市。
3、兩類(lèi)路面綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較
3.1路面結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)
路面設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)是路面設(shè)計(jì)的一項(xiàng)必不可少的內(nèi)容，也是進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)比選的重要依據(jù)。路面結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)主要考慮的因素有路面結(jié)構(gòu)的壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值、建筑及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，還要考慮采用的方案對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的影響，如使用當(dāng)?shù)夭牧?、勞?dòng)力資源的利用等。
壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值法，就是把各方案在不同時(shí)間投入的費(fèi)用支出，按國(guó)家規(guī)定的社會(huì)折現(xiàn)率，折算為現(xiàn)值進(jìn)行比較，現(xiàn)值小的經(jīng)濟(jì)上占優(yōu)。在分析期n年內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)的壽命周期總費(fèi)用現(xiàn)值公式為：
?根據(jù)調(diào)查的材料單價(jià)、路面養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，對(duì)兩類(lèi)路面的初期投資及費(fèi)用現(xiàn)值進(jìn)行了計(jì)算，可以得到：兩類(lèi)路面的初期投資已非常接近，水泥砼路面的初期投資僅比瀝青砼路面高4%～10%，而水泥砼路面的費(fèi)用現(xiàn)值要比瀝青砼路面費(fèi)用現(xiàn)值低2%～10%。由此可見(jiàn)，僅從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，水泥砼路面和瀝青砼路面具有相同的競(jìng)爭(zhēng)力。?
3.2兩類(lèi)路面的技術(shù)適應(yīng)性
水泥砼路面的最顯著特點(diǎn)是它具有很大的剛度以及良好的抗疲勞特性。由于砼板的彈性模量比基層材料高的多，因而水泥砼路面的承載力大部分是從板本身得到的，而瀝青砼路面面層與基層的模量相差不大，由荷載產(chǎn)生的應(yīng)力有很大一部分要依靠路面基層來(lái)承擔(dān)。對(duì)于土基，水泥砼路面對(duì)土基條件不太敏感，而瀝青砼路面的整體強(qiáng)度很大程度上取決于土基強(qiáng)度。
對(duì)于路面所使用的集料，水泥砼路面是有水泥這種水硬性結(jié)合料膠結(jié)而成，它可以容納各種類(lèi)型的集料和砂，只要這些材料滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)（如級(jí)配、砂率、潔凈等）。而瀝青砼路面對(duì)集料的要求較高，除應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度、耐磨耗（磨耗率、壓碎值）及粗糙度（磨光值）指標(biāo)要求，還應(yīng)考慮瀝青與石料的粘結(jié)力。?
氣候條件對(duì)路面結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)為當(dāng)?shù)貧鉁亍⒔邓约暗叵滤粚?duì)路面的影響。水泥砼路面對(duì)溫度的敏感性較小，在炎熱的夏季，水泥砼路面不會(huì)出現(xiàn)象瀝青砼路面因溫度而產(chǎn)生的車(chē)轍、推移、泛油等病害。水對(duì)任何一種路面均會(huì)產(chǎn)生破壞，水不僅對(duì)路面結(jié)構(gòu)本身有影響，它對(duì)土基的影響尤甚，由于路基和基層受水侵害而造成路面破壞的例子很多。瀝青砼路面的水穩(wěn)性相對(duì)較差。?從分期修建方面來(lái)看，瀝青砼路面具有可以分期修建的優(yōu)點(diǎn)，以適應(yīng)交通量增長(zhǎng)的需求，同時(shí)又可恢復(fù)瀝青面層的使用性能和減緩老化。一般而言，水泥砼路面是不適宜分期修建的。
3.3兩類(lèi)路面能耗比較
國(guó)內(nèi)外的大多數(shù)有關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為鋪筑路面的能耗由原材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、混合料加工和攤鋪能耗組成，從大的方面來(lái)說(shuō)，路面能耗應(yīng)包括初期修建能耗、大修罩面能耗、日常養(yǎng)護(hù)能耗以及汽車(chē)行駛能耗。根據(jù)計(jì)算，當(dāng)不計(jì)瀝青本身能量時(shí)，水泥砼路面的能耗比瀝青砼路面的能耗高25%左右，當(dāng)計(jì)入瀝青本身能量時(shí)，瀝青砼路面的能耗則比水泥砼路面高20%左右。?
我們不主張計(jì)入瀝青本身的能量，瀝青是從原油中提煉出來(lái)的，能作為能量的很多分包含成在瀝青中，但瀝青在傳統(tǒng)上是作為土建材料使用的，瀝青具有能量，但如果燃燒完了，它的價(jià)值也就消失了，作為土建材料的價(jià)值也就沒(méi)有了。這樣看來(lái)，修建瀝青砼路面的能耗要比水泥砼路面少，對(duì)節(jié)約能源有利。?
3.4兩類(lèi)路面使用性能比較
路面的平整度對(duì)路面的使用性能影響最大。路面平整度一直作為路面使用性能很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，尤其是高等級(jí)公路，由于行車(chē)速度快，為了保證路面具有良好的舒適性，延長(zhǎng)路面的使用壽命，平整度要求則更高。一般而言，瀝青砼路面的平整度易于得到保證，而且路面損壞后也容易恢復(fù)，但水泥砼路面的平整度較難保證，即使是新修建的水泥砼路面，其平整度合格率只能達(dá)到85%。?與行車(chē)安全有關(guān)的指標(biāo)主要是路面的抗滑能力。瀝青砼路面主要采取的措施有加鋪耐磨的開(kāi)級(jí)配封層、磨耗層等來(lái)提高路面的抗滑能力；而水泥砼路面的防滑主要通過(guò)刻槽的方法獲得。?
3.5兩類(lèi)路面的環(huán)境評(píng)價(jià)?
公路交通引起的噪聲過(guò)大會(huì)危害身體健康，影響人的生理與心理狀況，路面噪音對(duì)沿線居民已構(gòu)成一種不斷發(fā)展的公害。有關(guān)研究認(rèn)為：光滑的瀝青砼路面噪音最小，橫槽水泥砼路面產(chǎn)生的噪音最大。從降低噪音的角度出發(fā)，應(yīng)選用瀝青砼路面。?
4、高等級(jí)公路路面類(lèi)型選用策略??
影響高等級(jí)公路路面類(lèi)型選用的因素很多，路面類(lèi)型的選擇，并不是由單一或幾個(gè)因素決定的，而應(yīng)綜合考慮使用要求、交通量大小及組成、當(dāng)?shù)貧夂?、路基支承條件、材料供應(yīng)、施工及養(yǎng)護(hù)水平、資金籌措、節(jié)約能源、環(huán)境保護(hù)等因素。在上述各因素中，有些因素是可以進(jìn)行定量分析，而有些因素只能進(jìn)行定性評(píng)價(jià)。對(duì)路面選型這樣一個(gè)既含有定量因素，又包含定性因素的評(píng)價(jià)問(wèn)題，運(yùn)用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法建立起同標(biāo)準(zhǔn)的、切實(shí)可行的綜合評(píng)價(jià)模型，使定性評(píng)價(jià)數(shù)量化是比較困難的。然而，利用模糊數(shù)學(xué)中的多層次綜合評(píng)判原理，就能建立起相對(duì)科學(xué)、切實(shí)可行的路面類(lèi)型選擇的綜合評(píng)判數(shù)學(xué)模型。?
4.1數(shù)學(xué)模型的建立
根據(jù)多層次綜合評(píng)判原理，可以對(duì)m個(gè)評(píng)判對(duì)象進(jìn)行評(píng)判，最后得出各個(gè)對(duì)象的綜合評(píng)判值向量：?
然后根據(jù)最大隸屬度原則，給出模糊綜合評(píng)判結(jié)果。?
為了更進(jìn)一步評(píng)價(jià)方案的優(yōu)劣，我們對(duì)各個(gè)評(píng)語(yǔ)的得分進(jìn)行加權(quán)平均，得到總分進(jìn)行比較。設(shè)對(duì)每個(gè)評(píng)語(yǔ)Vj打分為Cj，則綜合評(píng)判的總得分為：
這樣，可以根據(jù)S的大小來(lái)進(jìn)行最后的比較。?
4.2影響路面選型因素的層次分析?
要進(jìn)行模糊評(píng)判，首先要確定因素樹(shù)結(jié)構(gòu)，即要分清因素間的并列關(guān)系與從屬關(guān)系。影響路面選型的因素很多，通過(guò)分析彼此間的關(guān)系，確定路面選型因素層次。???
4.3權(quán)重分配
由于影響路面選型的各因素的地位不等，權(quán)重分配便成了一個(gè)重要問(wèn)題。權(quán)重分配的確定可以由決策者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用，也可以用統(tǒng)計(jì)或?qū)＜以u(píng)分法。本研究中采用了專(zhuān)家咨詢(xún)調(diào)查法確定各因素的權(quán)重。
4.4單因素評(píng)價(jià)?
對(duì)于路面類(lèi)型影響因素中難以用數(shù)量來(lái)定量表示的單因素評(píng)價(jià)，可通過(guò)專(zhuān)家評(píng)定的方法得到。在因素樹(shù)中還有一部分因素為數(shù)量指標(biāo)，它們均屬于“越小越優(yōu)”型。?
4.5數(shù)據(jù)處理及分析?
根據(jù)專(zhuān)家咨詢(xún)結(jié)果，對(duì)各因素的權(quán)值進(jìn)行了計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果看：在第一層次的因素中，“行使質(zhì)量”的權(quán)值最大，說(shuō)明人們對(duì)高等級(jí)公路行車(chē)快速和舒適的要求越來(lái)越高，其次為“技術(shù)可行性”、“經(jīng)濟(jì)合理性”。在第二層次的子因素中，“初期投資”、“施工技術(shù)水平”、“舒適性”、“施工人員素質(zhì)”等因素的權(quán)值相對(duì)較大。?
根據(jù)數(shù)學(xué)模型，編制了計(jì)算機(jī)程序來(lái)進(jìn)行路面選型多層次模糊綜合評(píng)判的分析計(jì)算，從兩類(lèi)路面的得分看，瀝青砼路面的優(yōu)勢(shì)較為明顯，瀝青砼路面的得分要比水泥砼路面的得分高出20%以上，說(shuō)明在目前的條件下，高等級(jí)公路應(yīng)選用瀝青砼路面。?
5、主要研究結(jié)論??
在對(duì)我省高等級(jí)公路瀝青砼路面和水泥砼路面全面調(diào)查和綜合分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)我省高等級(jí)公路瀝青砼路面和水泥砼路面綜合經(jīng)濟(jì)比較、技術(shù)比較、能耗比較，以及通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查、數(shù)學(xué)模型的建立，繼而經(jīng)過(guò)模糊數(shù)學(xué)多層次綜合評(píng)判得到如下結(jié)論：?
（1）在我省現(xiàn)有的施工技術(shù)水平下，高等級(jí)公路尤其是高速公路應(yīng)優(yōu)先選用瀝青砼路面。水泥砼路面若采用先進(jìn)施工設(shè)備，能確保路面質(zhì)量及車(chē)輛行駛質(zhì)量的前提下，在高等級(jí)公路中修建部分水泥砼路面也是可行的。?
?。?）在高等級(jí)公路路面選型中，行駛質(zhì)量已成優(yōu)先考慮的因素。瀝青砼路面在行駛質(zhì)量方面明顯優(yōu)于水泥砼路面，水泥砼路面在我省現(xiàn)有施工裝備、技術(shù)水平下，難以獲得較好的平整度。?
?。?）根據(jù)計(jì)算結(jié)果，我省高等級(jí)公路兩類(lèi)路面初期投資非常接近。一般情況下，水泥砼路面每m?2造價(jià)僅比瀝青砼路面高5%～9%，瀝青砼路面若采用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口瀝青，則其初期投資已超過(guò)水泥砼路面。?（4）根據(jù)調(diào)查歸納，瀝青砼路面路況指數(shù)要比水泥砼路面高15%左右。?
?。?）水泥砼路面的水穩(wěn)定性明顯優(yōu)于瀝青砼路面，因此受水侵害嚴(yán)重的低路堤路段應(yīng)優(yōu)先選用水泥砼路面。?
?。?）從節(jié)約能源的角度，應(yīng)優(yōu)先選用瀝青砼路面。
