高速公路的瀝青面層設(shè)計(jì)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(shí)，一些新建高速公路早期結(jié)構(gòu)性破壞現(xiàn)象也十分嚴(yán)重。究竟問題出在哪里？ 有人認(rèn)為是超軸載車輛惹的禍；也有人認(rèn)為是設(shè)計(jì)理論方面的問題?？墒侨绻谕粭l路上，相同的設(shè)計(jì)、相同的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)者在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)時(shí)，都會(huì)把建立強(qiáng)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(shè)計(jì)，距實(shí)現(xiàn)最終成果畢竟還有很大距離。落實(shí)設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程中除了需要材料、設(shè)備、工藝技術(shù)的支持以外，還要施以科學(xué)嚴(yán)格的工程管理。哪一個(gè)條件環(huán)節(jié)有問題都會(huì)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?yàn)槭孪冉⒘嘶炯僭O(shè)：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(shè)不成為客觀存在，所有推論就不能成立。其實(shí)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(duì)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(huì)導(dǎo)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(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)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(huì)使結(jié)果變糟。比如高速公路建設(shè)中大量使用了進(jìn)口高檔混合料生產(chǎn)設(shè)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(shè)備的適配性較差，需要對(duì)其質(zhì)量和來源加以嚴(yán)格控制，否則不合格的混合料將直接影響工程質(zhì)量。
無機(jī)結(jié)合料半剛性穩(wěn)定碎石基層除其持力強(qiáng)度以外應(yīng)具有必要的應(yīng)力消解作用。而材料模量所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變范圍其實(shí)很小，兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)該非常準(zhǔn)確。這就要求我們必須嚴(yán)格控制整個(gè)生產(chǎn)過程，看似粗糙的工作卻一定要做得十分精細(xì)。與正確配合比偏離的結(jié)果將會(huì)使這個(gè)重要的持力層在溫度變化的時(shí)候造成拱空、斷裂或松散，從而對(duì)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(shí)后果更嚴(yán)重。不管問題發(fā)生在材料生產(chǎn)、倒運(yùn)或攤鋪成型哪一個(gè)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(jī)，螺旋布料器時(shí)常把混合料粗細(xì)分開，即使設(shè)計(jì)配合比再好，得到的結(jié)果也不會(huì)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(shè)過程中的混合料離析問題分開，因?yàn)樗鼈兎謩e對(duì)應(yīng)混合料離析后兩個(gè)方面的反應(yīng)。
當(dāng)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(xiàn)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(shí)現(xiàn)高速公路的設(shè)計(jì)使用壽命,還是要從設(shè)計(jì)施工抓起。
高速公路養(yǎng)護(hù)重在防御
為了使投入使用的高速公路避免早期破壞，達(dá)到其設(shè)計(jì)使用壽命，管理部門接管后首要任務(wù)是對(duì)其進(jìn)行全面“體檢”，然后根據(jù)檢測結(jié)果針對(duì)存在的問題制定養(yǎng)護(hù)方案。
現(xiàn)代公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)必須由科學(xué)的檢測評(píng)價(jià)，并因此建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和先進(jìn)的具體養(yǎng)護(hù)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(biāo)在于使路面不出或少出坑槽。兩元化的現(xiàn)代公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)可以使先進(jìn)施工工藝的實(shí)施真正體現(xiàn)出適時(shí)性和適用性，是實(shí)現(xiàn)高速公路設(shè)計(jì)使用壽命的科學(xué)保障。
早期養(yǎng)護(hù)工作的重心主要是針對(duì)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(fèi)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(yàn)收的現(xiàn)象，就必須接受這個(gè)事實(shí)。比如路面透水，這是一個(gè)帶有普遍性的問題。主要是上面層應(yīng)有的密實(shí)防水功能沒有建立起來，嚴(yán)重時(shí)遇水情就可能在短時(shí)間內(nèi)造成大面積災(zāi)害性破壞。因此這時(shí)候“面子”并不重要，理性的做法是抓緊設(shè)置表面防水功能層，改善路面排水性。一些人由于對(duì)水破壞認(rèn)識(shí)不足，或存在僥幸心理，對(duì)路面內(nèi)部“動(dòng)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(gè)良好的彈柔性板體。在強(qiáng)大的荷載重壓下會(huì)發(fā)生形變而形成一個(gè)大的彎沉盆，失去荷載作用后路面作彈性恢復(fù)。在這個(gè)往復(fù)過程中，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的殘余空間先被擠密復(fù)又還原。當(dāng)路面有水且有空隙存在的時(shí)候，水就會(huì)在路面彈性恢復(fù)的同時(shí)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(huì)被路面內(nèi)回彈負(fù)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(qiáng)壓直接獲得能量，并攜帶巨大能量在路面內(nèi)往復(fù)沖刷逐步擴(kuò)大其空間?？紫堵试礁咦饔昧υ酱?，水沖刷達(dá)到無機(jī)結(jié)合料基層時(shí)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(qiáng)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(huì)加快。所以我們應(yīng)加強(qiáng)對(duì)動(dòng)水破壞的防范意識(shí)，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(bǔ)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(huì)作為設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(huì)這樣多。到目前為止，絕大部分路面結(jié)構(gòu)形式都應(yīng)該把防水技術(shù)作為重要的養(yǎng)護(hù)保全措施，因?yàn)樗秩胧窃斐山Y(jié)構(gòu)性破壞的一個(gè)主要原因。
預(yù)防性道路養(yǎng)護(hù)就是要強(qiáng)調(diào)處治措施的前置性。首先要通過對(duì)運(yùn)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(shí)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(bǔ)、灌縫、表面處治以及改善路外防護(hù)設(shè)施等方法作為對(duì)應(yīng)措施。其中為了充分反映邊修邊通、快修快通、適時(shí)、適用的服務(wù)原則，應(yīng)積極開發(fā)使用新型材料和工藝技術(shù)。
高速公路養(yǎng)護(hù)隊(duì)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(hù)保全技術(shù)、理論研究也相對(duì)滯后。為了改變這種不協(xié)調(diào)的被動(dòng)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(shí)質(zhì)如舊。大家以“領(lǐng)地”為界，企圖自己造一個(gè)相宜的“市場”出來,這些“固本清源”的措施實(shí)際上阻礙了改革的進(jìn)展。
今天，養(yǎng)護(hù)事業(yè)在高速公路運(yùn)營中的重要地位已經(jīng)逐步成為人們的共識(shí)。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(yīng)該迅速把它們變?yōu)槲覀儑腋咚俟钒l(fā)展的條件與動(dòng)力。太多的教訓(xùn)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(jìn)步的天然屏障，是造成人力、物力資源浪費(fèi)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(hù)工程市場化的道路，才能最大限度實(shí)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(diǎn)技術(shù)推廣項(xiàng)目，各省區(qū)幾乎都在用，并且對(duì)實(shí)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(jí)公路，在縣鄉(xiāng)道路上還湊合。”事實(shí)上到了90年代后期它已經(jīng)被應(yīng)用于一些高等級(jí)公路的養(yǎng)護(hù)，以后成功的例子越來越多。而其中能做出精品的施工隊(duì)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(shè)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(xiàng)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(fù)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(gè)實(shí)例說明，高速公路養(yǎng)護(hù)事業(yè)的發(fā)展要走專業(yè)化的路，前提是先要實(shí)現(xiàn)市場化。
