高速公路的沥青面层设计使用寿命
2015-07-20
我国高速公路的迅猛发展让世界瞩目，让国人振奋，但是在取得成就的同时，一些新建高速公路早期结构性破坏现象也十分严重。究竟问题出在哪里？ 有人认为是超轴载车辆惹的祸；也有人认为是设计理论方面的问题。可是如果在同一条路上，相同的设计、相同的标准出现了不同的结果，就不能不引发我们的思考。
新建高速公路的“亚健康”现象
建设者在进行初步设计时，都会把建立强大的路面结构体系作为不辱使命的追求，但即使最完美的设计，距实现最终成果毕竟还有很大距离。落实设计目标的过程中除了需要材料、设备、工艺技术的支持以外，还要施以科学严格的工程管理。哪一个条件环节有问题都会反映在工程质量上。例如：我们相信半刚性基层沥青路面的多层组合结构具有所需要的足够承载力是因为事先建立了基本假设：各结构层之间是连续的；构成各结构层的材料是均质的，各向相同的。但是如果这些假设不成为客观存在，所有推论就不能成立。其实在许多半刚性基层沥青路面高速公路的具体施工中，人们总是把注意力放在各结构层施工方面，而对于它们之间连续性的建立没有明确的“交代”。其结果一定会导致路面组合结构承载力和耐久性下降。
在材料均质性方面存在的问题也很多、很普遍。尽管我们选择了最优秀的配合比设计，实验室数据也十分可靠。而来自原材料与生产过程中即便是很小的影响因素，如果没引起足够重视就会使结果变糟。比如高速公路建设中大量使用了进口高档混合料生产设备，但是国内碎石加工业粗放生产的不规则产品与这些生产设备的适配性较差，需要对其质量和来源加以严格控制，否则不合格的混合料将直接影响工程质量。
无机结合料半刚性稳定碎石基层除其持力强度以外应具有必要的应力消解作用。而材料模量所对应的应变范围其实很小，两者的对应关系应该非常准确。这就要求我们必须严格控制整个生产过程，看似粗糙的工作却一定要做得十分精细。与正确配合比偏离的结果将会使这个重要的持力层在温度变化的时候造成拱空、断裂或松散，从而对整体路面结构造成影响。
材料均质性的不良状况发生在沥青混合料面层时后果更严重。不管问题发生在材料生产、倒运或摊铺成型哪一个环节上，结果都一样。如现在仍在使用的一些 10 米以上的宽幅摊铺机，螺旋布料器时常把混合料粗细分开，即使设计配合比再好，得到的结果也不会很理想，必然是两侧透水率高，中间热稳性差。再看一下现有的路面车辙，深浅不一。在同样的横断面位置为什么抗变形质量不同？这又说明摊铺前的混合料就存在均质性方面的问题。
目前发生在沥青路面上的病害大致可分为两类：一类是功能性病害，多表现为形变；另一类为结构性病害，主要是翻浆和松散。究其原因很难把它们同建设过程中的混合料离析问题分开，因为它们分别对应混合料离析后两个方面的反应。
当然，上述问题有主观原因也有客观原因，比如原材料选择限制，比如献礼工程需要等等。总之工程缺陷的存在使许多交付使用的高速公路处于“亚健康状态”，所以要实现高速公路的设计使用寿命,还是要从设计施工抓起。
高速公路养护重在防御
为了使投入使用的高速公路避免早期破坏，达到其设计使用寿命，管理部门接管后首要任务是对其进行全面“体检”，然后根据检测结果针对存在的问题制定养护方案。
现代公路养护技术必须由科学的检测评价，并因此建立数据库系统和先进的具体养护工程施工工艺。它区别于以挖坑槽为主的传统技术模式，努力的目标在于使路面不出或少出坑槽。两元化的现代公路养护技术可以使先进施工工艺的实施真正体现出适时性和适用性，是实现高速公路设计使用寿命的科学保障。
早期养护工作的重心主要是针对工程缺陷的影响。由于工程质量优劣有别，一些地方也曾出现“小青年医疗费超支”现象。这似乎不合理，但只要存在允许缺陷工程通过验收的现象，就必须接受这个事实。比如路面透水，这是一个带有普遍性的问题。主要是上面层应有的密实防水功能没有建立起来，严重时遇水情就可能在短时间内造成大面积灾害性破坏。因此这时候“面子”并不重要，理性的做法是抓紧设置表面防水功能层，改善路面排水性。一些人由于对水破坏认识不足，或存在侥幸心理，对路面内部“动水”的生成条件及其作用力不够了解。
众所周知，沥青路面较其他路面结构是一个良好的弹柔性板体。在强大的荷载重压下会发生形变而形成一个大的弯沉盆，失去荷载作用后路面作弹性恢复。在这个往复过程中，路面结构内的残余空间先被挤密复又还原。当路面有水且有空隙存在的时候，水就会在路面弹性恢复的同时被吸入残余空间内，无论路面透水处（包括裂缝）是否在弯沉盆范围内，都会被路面内回弹负压吸入。所以路面防水不是局部的，而是整体的。水不像空气那样容易被压缩或排除，它们由荷载强压直接获得能量，并携带巨大能量在路面内往复冲刷逐步扩大其空间。孔隙率越高作用力越大，水冲刷达到无机结合料基层时不仅弱化基层，而且形成大量粉浆正如隔离剂充斥于沥青混合料面层，使其失去强度而迅速瓦解。如果此过程辅以冻融条件，面层处于脆硬状态下，病害发展的速度还会加快。所以我们应加强对动水破坏的防范意识，尽量减少由此造成的重大损失。
现在用于建立道路表面防水抗滑功能层的工艺措施较多，如微表处、碎石封层、开普封层等，这些依靠新材料新技术优特性建立的表面功能层能够收到“内病外治”弥补路面结构层功能缺陷的效果。也许将来这些工艺方法在我们国家也会作为设计方案直接用于新建工程，这种方法使上面层结构的配合比设计宽容度较大，能节约很多优质石料，新建路面的问题也不会这样多。到目前为止，绝大部分路面结构形式都应该把防水技术作为重要的养护保全措施，因为水侵入是造成结构性破坏的一个主要原因。
预防性道路养护就是要强调处治措施的前置性。首先要通过对运行中道路以及气候、交通量的观察、检测，结合数据库系统资料的记录反映，发现病害的可能与先兆，迅速制定并实施处治方案。发生在不同层面的问题可以分别采用深层压浆、挖补、灌缝、表面处治以及改善路外防护设施等方法作为对应措施。其中为了充分反映边修边通、快修快通、适时、适用的服务原则，应积极开发使用新型材料和工艺技术。
高速公路养护队伍的专业化和市场化
长期以来，“重建轻养”已成为公路行业的一大问题，公路养护保全技术、理论研究也相对滞后。为了改变这种不协调的被动局面，近年来行业内有关改革的呼声很高，却又与目前行政管理模式和人们的眼前利益产生矛盾。许多单位虽然以成为公司，实质如旧。大家以“领地”为界，企图自己造一个相宜的“市场”出来,这些“固本清源”的措施实际上阻碍了改革的进展。
今天，养护事业在高速公路运营中的重要地位已经逐步成为人们的共识。许多新技术、新产品、新理念通过改革开放的门户在不断涌入，应该迅速把它们变为我们国家高速公路发展的条件与动力。太多的教训已经告诉我们：“各自为战”自我封闭的旧模式是阻碍一切进步的天然屏障，是造成人力、物力资源浪费的根源。“土围子”里的“赤脚医生”不能代替专家，再精良的装备在那里也不能发挥作用。目前只有真正意义走养护工程市场化的道路，才能最大限度实现人力、物力、技术资源的优化与效益。
现在被称作微表处技术的前身是稀浆封层，80年代后期就引入我国。后被交通部列入“八五”重点技术推广项目，各省区几乎都在用，并且对实施单位推出各种辅助优惠政策，轰轰烈烈一阵子，不仅没有搞上去，却有许多人为其定论， “这东西上不了高等级公路，在县乡道路上还凑合。”事实上到了90年代后期它已经被应用于一些高等级公路的养护，以后成功的例子越来越多。而其中能做出精品的施工队伍基本上都是民企专营性质，他们把发展新技术作为自己生存的希望。这些企业的设备使用率很高，也造就了一些专家类的技术人才。稀浆封层技术发展了，这项具有丰富内涵的多重技术产物丢掉了略显粗陋的旧名，作为“微表处”用于处治高速公路桥面、路面，甚至修复车辙，它已经成为一种不可替代的优秀工艺技术。这个实例说明，高速公路养护事业的发展要走专业化的路，前提是先要实现市场化。
