關于延長重交通瀝青路面使用壽命的技術探討

朱昌海　姜福祥

摘要：本文筆者結合這些年來的一些工程體會分析了重交通瀝青路面損壞的機理，指出了與傳統路面損壞的不同，提出若干相關建議，對解決瀝青路面大量過早損壞，具有現實意義。

關鍵詞：瀝青路面；損壞機理；長壽路面

近些年來我國公路超載以及由此造成的路面早期損壞，一直是困擾公路管理部門和工程技術人員的棘手問題。同時我國上世紀八十年代末、九十年代初建成的一批高速公路相繼進入了大修養護周期，如：京津塘高速公路、廣深高速公路、廣佛高速公路、濟青高速公路、京石高速公路等等。由此引發出一系列關于路面質量的一些問題：如何提高我國瀝青路面質量，如何延長我國瀝青路面的使用壽命，如何降低瀝青路面大修的養護成本等。為此，國家多部委聯合開展了治超行動，并已經取得了顯著的階段性成果。但是要徹底杜絕超載，解決路面早期損壞的問題，還需要對超載和路面早期損壞有一個準確、系統和全面的認識，以有效地提高路面質量和保護既有設施。

1 路面損壞機理的認識

對路面損壞機理的認識，是一切路面活動的基礎。我們通過對瀝青路面設計理論和工程實踐的分析，認為造成目前路面大量早期損壞的原因不能夠簡單地歸結為施工質量問題或材料質量，而是有其深遠的理論原因和認識原因。瀝青路面的龜裂、車轍、低溫開裂等是長期以來存在的損壞現象，也是路面設計時重點控制的損壞類型。而在調查中表明，隨著路面結構強度的提高和路面損壞期的提前，路面出現了許多新的損壞類型，如斑狀泛油、壓密泛油、內部松散、新型泛漿、新型沉陷、坑洞、車轍、新型龜裂以及離析等現象。這些損壞，不論是其形態還是其形成的原因都與傳統的損壞不同。傳統的損壞出現得越來越少，有些已經不再出現，而這些新型的損壞卻出現得非常頻繁。所以，按照傳統的理論來加強路面結構不僅沒有效果，有時甚至是適得其反。

目前瀝青路面實踐中有三類損壞是尤其需要重視的：一個是車轍；一個是新型龜裂（縱向平行裂縫）；另一個則是混合料的均勻性，即離析。

傳統理論認為，產生車轍的主要原因是瀝青混合料的熱穩定性不足，為此人們花費了高昂的代價去提高瀝青混合料的質量，如采用改性瀝青、提高集料質量、采用SMA或同時使用多種措施等。應該說這些措施對控制車轍的產生起到了一定的作用，但車轍出現的速度和深度仍大大超出了傳統理論的預期。據研究認為，路面車轍的產生除了混合料本身的原因之外，還有結構因素，過于剛性的基礎結構容易誘發車轍。這雖然是更為重要的因素，卻是被完全忽略了的因素。

為了保證路面結構的壽命，相關部門通常將路面結構設計得非常強，意在使路面彎沉非常小。這樣的結構對于防止傳統的彎拉疲勞開裂（自下而上）有效，但是卻增大了瀝青層內的剪切應力，而這個剪切應力恰恰就是產生車轍的主要外因。所以要解決車轍問題，僅僅著眼于材料特性的改進是不夠的，還應該綜合考慮結構設計因素，進行綜合治理。

另一個是損壞中的新型龜裂。一般認為，路面龜裂源自彎拉疲勞效應，產生于瀝青層底面并自下而上擴展。而根據有關調查和研究證明，在重交通作用下路面上的龜裂損壞是自上而下的，一般產生于表面3厘米的深度范圍內并向下發展。產生這類損壞的原因并不是彎拉疲勞作用，而是路面表面的剪切疲勞。隨著瀝青層厚度的增加，產生于瀝青底面的彎拉疲勞開裂越來越少，而產生于瀝青層頂部的剪切疲勞開裂將越來越普遍。所以，采用傳統方法、措施去解決自下而上的損壞，難以解決自上而下的損壞。

路面剪應力過大的原因主要是軸載過大和輪胎與路面接觸壓力的非均勻性。重型、非均布輪載作用下產生的路面損壞，既可能是自上而下的龜裂形態，也可能是路面車轍，這遠比傳統上的認識要復雜得多。所以，對于重交通作用下的瀝青路面而言，不能簡單地認為彎沉小就意味著路面結構比較強。

進一步的分析表明，隨著基層模量的增加，瀝青層底面的彎拉應力應變急劇減小，但在目前的常用參數范圍內，瀝青層中的剪切應力卻是增大的。這個分析結果給結構設計提供了很好的啟示，即半剛性基層模量應該有一個合理的范圍。

再一個值得強調的問題是瀝青混合料的均勻性，即大量存在的離析。傳統上人們沒有把混合料的均勻性當做一個嚴重問題來看待，沒有采取嚴格的措施予以控制，只要求施工時認真就可以了。而隨著交通量的增大，均勻性已經成為決定路面質量的主要因素之一，應該引起充分注意。

將路面早期水損壞的主要原因歸結于路面空隙率過大，又將空隙率過大的原因歸結于壓實不足，這確實是早期路面空隙率過大的主要原因，但卻比較容易解決；實際上，混合料的離析不僅是造成局部空隙率過大的另一個主要原因，而且是比較難以解決的技術問題。可以說，路面大部分早期損壞類型都是起源于混合料的不均勻，這已經成為決定路面質量的重要因素：一旦混合料發生離析，一切關于材料設計的努力都變得徒勞了。

路面壓實度不足，有時也是混合料離析引起的，僅檢測路面的平均壓實度，往往不能客觀地反映問題，還應該考慮其變異性。當混合料發生離析時，僅僅依靠提高壓實度難以達到減小空隙率的目的，甚至會造成集料碎裂而適得其反。

眾所周知，隨著經濟的發展，我國公路上的超載運輸現象十分普遍和嚴重，超載無疑也是造成路面損壞的重要原因。當荷載超過設計標準時，對結構的破壞是必然的。我國高速公路的早期損壞，與超載的大量存在具有直接的關系。目前，對于超載的治理已經取得了顯著效果。但是要徹底限制超載，僅靠行政性的推動和臨時性的檢查是不夠的，還需要從兩方面的工作進行改進，一是建立長效的綜合機制；一是準確地深化對超載的認識，重新厘定關于超載的定義。以確實保護瀝青路面的使用質量。

2 設計理論與施工的反思

路面在使用實踐中所暴露的大量問題，促使我們對路面設計理論、設計方法、材料選擇和施工過程進行反思。實際上，目前大量出現的路面早期損壞是現行理論和規范所難以做出更深解釋的。雖說設計方法基于力學，但分析的范圍和所考慮的主要受力方式，相對于目前復雜的荷載狀況而言卻過于簡單。對于不同的路面結構，對其使用性能變化規律的認識不夠清楚，更缺少定量的研究；初步考慮了環境因素對路面力學參數的影響，但忽視了環境因素對路面性能的影響，而后者則是更為重要的。對材料的要求與對結構的要求還缺少“相容”性，對材料性能的定量標準還處于經驗階段。在低等級道路的實踐中，上述問題沒有暴露得很充分，片面地認為已經基本掌握了路面設計的主要關鍵技術，沒有給予足夠重視，以致于常常把局部出現的問題歸結為施工原因，而當將上述方法用于高等級公路、尤其是高速公路的路面實踐時，這些問題就變得非常突出了：以前輕交通道路路面設計理論和方法的簡單外延與重交通路面的要求尚有較大距離；路用材料只有技術標準而缺少嚴格的工業標準；許多試驗參數不適用于重交通道路。在施工和材料供應領域，雖然我們擁有現代化的生產工具，但由于沒有工業化、現代化的思想和措施，難以在規模建設的條件下從根本上保證工程的質量。因此，完整地掌握高等級重交通瀝青路面技術，仍是擺在科研、施工隊伍面前的現實而緊迫的任務。

此外，目前許多高速公路面臨加寬的問題，簡單地加寬并不是一個明智的選擇，如果在加寬過程中將客運交通與貨運交通分離，建設平行線而不是直接加寬，不論對于路面技術還是對于交通安全、交通效率都是更為有利的。

總結

目前路面上出現的早期損壞問題，是長時期形成的，就事論事的方法不僅難以解決，而且可能誘發路面新的損壞，因此需要新的理論和總體的解決方案。只要認識到重交通路面的技術特點，在設計施工中精心實踐，就能夠體現新的境界，延長路面壽命。

參考文獻

[1]葛運溥.“走向長壽命路面全新境界”.中國公路養護.