基于LCA的低碳干線公路耐久性路面性能研究
——以G312鎮江城區改線工程為例

談 飛

（鎮江市公路事業發展中心， 鎮江 212028）

1 路面壽命周期評估（LCA）

“十三五”期間是我國交通運輸業轉型升級的關鍵時期，節能環保是綠色交通發展的重要抓手，也是推進交通強國的核心內容。傳統的干線公路建設方案通常只考慮考慮了路面承載和功能滿足需求，過于追求公路初期建設過程中的性能和經濟的最佳結合，忽視了公路本質上是長期使用的產品，因此只分析公路建設過程的性能、費用和環境影響來作為決策依據是不夠全面的。而壽命周期評價（Life cycle assessment，即LCA）是一種用于評價產品在其整個壽命周期中，即從原材料的獲取，產品的生產、使用直至產品使用后的處置過程中，對環境產生影響的技術和方法，可以從全壽命周期去評價和決策出適用于干線公路建設的低碳材料和路面結構組合形式。

2 低碳耐久性路面結構選擇

低碳路面結構是未來公路基礎設施建設的主流方向，即采用低碳新材料、新方法、新工藝，實現公路工程全壽命周期范圍內能耗排放強度的顯著降低。其中橡膠瀝青摻入的橡膠粉含量較大（一般要在15%以上），能夠有效利用廢舊輪胎資源，符合國家“廢舊資源循環利用”的理念和“加強能源資源節約和可持續發展”理念的新材料，成品濕法橡膠瀝青SMA-13 的高溫穩定性、低溫抗裂性和水穩定性等各項性能均能滿足相應的技術要求，混合料動穩定度達7824 次/mm，具有較好的高溫穩定性，可在干線公路瀝青路面上面層使用；高模量瀝青混合料一般是指模量高于改性瀝青混合料的特種瀝青混合料，其動穩定度達到9632 次/mm，疲勞次數達到165 萬次，具有較高的強度、模量，優異的高溫穩定性、抗疲勞性能，減少高溫及車輛荷載作用下路面結構的塑性變形，提高路面尤其是中下面層的高溫抗車轍能力，改善瀝青混合料的抗疲勞性能，從而延長路面的使用壽命。本文基于廢物循環利用的橡膠瀝青技術以及延長道路使用壽命的高模量技術選取2 種路面結構技術方案通過全壽命技術指標比較分析來決策耐久性路面結構的組合形式。全壽命周期費用主要包括初建費用、大中修費用及期末殘值組成。

表2-1 路面各種方案的初建費用清單

當干線公路路面行駛質量較差，基本不能滿足現有的行車要求，需要對其進行工程改造來保證服務質量，該過程產生的成本即為維修改造成本。在使用15年年限內預估不需要進行大修，僅需開展中修養護，中修方案均以面層銑刨重鋪為主。費用如表2-2 所示。

表2-2 壽命周期內養護維修階段大中修的成本費用

采用比選方案剩余服務壽命的價值。計算公式如下：

式中：LA—最后一次養護的施工年份到壽命末（或分析期末）的年數；LE—該養護措施的預期使用壽命；Cr—該項改造措施的修建費用；SV—路面殘值。

用公式分別計算幾種方案的路面殘值，結果如表2-3 所示。

表2-3 幾種方案在路面使用末期的路面殘值（1 個基本單元）

表2-4 功能單位全壽命周期費用匯總（萬元，15年）

通過全壽命周期指標分析，方案B（橡膠瀝青和高模量技術）雖然初期的修建成本高，但是在后期養護過程中，消耗資金少，且在很長一段時間內不需要進行維修養護，節約了大量的資金，從全壽命周期角度出發，具有較大的經濟優勢，同時減少了養護維修次數能源消耗較傳統結構減少達60%～75%，有非常明顯的節能減排優勢。所以推薦干線公路段路面結構可采取B 方案。

3 低碳耐久性路面結構試驗段長期性能觀測

G312 鎮江段進行改線工程，通過路線南移將過境大交通繞出主城區，解決了鎮江城市內部交通和過境交通混行的問題，同時又解決了老城區的發展問題，對城市的發展起到良好的帶動作用。本文依托G312 鎮江城區改線工程，根據改線后的公路段沿線具有豐富的鐵礦和石灰石礦，所以車流量較大、重載比例高的特點對A、B 方案進行優化。其中G312 鎮江段公路段主線路面結構為優化后的A 方案：5cm 成品橡膠瀝青SMA-13+8cm 成品橡膠瀝青Sup-20。試驗段采用優化后的B 方案，在公路段礦山出口長大縱坡上坡路段（右幅K20+500～K23+053，坡度2.2%～3.5%），鋪筑路面結構為4cm 成品橡膠瀝青SMA-13+8cm高模量EME-14+1cm 的橡膠瀝青應力吸收層（增加橡膠瀝青應力吸收層為了延緩基層反射裂縫的發展）。

表3-1 試驗段方案匯總

試驗段現場實測結果證明，采用的橡膠瀝青應力吸收層嚴格按照質量控制標準進行撒布、養生，現場撒布均勻，粘結牢固；成品濕法橡膠瀝青SMA-13試驗段的滲水、芯樣厚度、壓實度均達到設計要求；高模量EME-14 混合料鋪面效果均勻，且不存在糊面、泛油等現象，施工效果良好，壓實度、滲水等指標滿足要求；成品濕法橡膠瀝青混合料鋪面效果較好，施工效果良好，從現場擺置測試可以看出，具有較好的抗滑性能；可作為低碳耐久性路面的上面層使用。G312 鎮江城區改線工程于2017年01月25日建成通車，道路建成通車后分別在2017年9月和2018年5月對路面第二車道和第三車道的車轍和平整度進行檢測。

表3-1 公路段耐久性路面試驗段與其他路段平均車轍深度對比（mm）

表3-2 公路段耐久性路面試驗段與其他路段平整度對比（m/km）

通過數據對比公路段耐久性路面試驗段與公路段其他路段車轍深度基本相當。公路段耐久性路面試驗段設置在連續長大縱坡路段，如若采用傳統的路面結構方案，車轍深度會比公路段其他路段要大，同時公路段耐久性路面試驗段平均平整度指數小于2.0m/km，與公路段其他路段平整度指數相當。

4 結論

通過LCA 全壽命分析表明：雖然高模量耐久性路面結構的初期建設成本較傳統方案高5.17%，但養護維修費用減少75%。從全壽命周期角度分析，比較方案具有明顯的經濟性優勢。試驗段跟蹤觀測表明，應用于長大縱坡路段的耐久性路面試驗段與其他路段相比，車轍深度基本相當，平整度較好，說明課題提出的耐久性路面結構方案具有優異的抗車轍能力和耐久性。未來干線公路建設應完善基于LCA 的路面方案決策方法，并加強推廣應用，進而實現公路全壽命周期內經濟效益和社會效益的最大化。