關(guān)于瀝青混凝土路面的問題

　　導(dǎo)語：瀝青混凝土路面指的是用瀝青混凝土作面層的路面。經(jīng)人工選配具有一定級配組成的礦料(碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉等)與一定比例的路用瀝青材料，在嚴格控制條件下拌制而成的混合料。

　　一、目前瀝青混凝土路面存在的突出問題

　　據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，瀝青混凝土路面造價占公路總造價的1/4～1/3，并且維修經(jīng)費又絕大部分用于路面，瀝青混凝土路面普遍存在的技術(shù)和質(zhì)量難題主要有兩點。

　　一是耐久性差。目前國內(nèi)瀝青混凝土路面較長的使用壽命為8年～12年，普遍短于設(shè)計使用壽命(15年～20年)，而且因自然環(huán)境和運行狀況不良，有的路面甚至3年～5年即需要整體翻修改造。

　　二是路面的早期破壞嚴重。有的新路開通后2年～3年，長的6年～8年就出現(xiàn)坑槽、開裂、車轍、抗滑性能不足等病害而需要維修。

　　自20世紀80年代以來，我國雖然在公路設(shè)計、施工、原材料等方面水平上有了很大的提高，但公路路面仍然經(jīng)常發(fā)生不少早期破壞現(xiàn)象。除設(shè)計和施工方面的原因以外，主要外因是交通量增長過快，重載、超載嚴重，使道路長期處于超負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài);主要內(nèi)因是材料(瀝青、骨料等)性能差，導(dǎo)致路面抵抗拉應(yīng)力(如冷熱、干濕的脹縮應(yīng)力、荷載彎拉與疲勞應(yīng)力、反射裂縫的擴張應(yīng)力等)剪應(yīng)力、滲水和粘結(jié)老化等能力相對不足。

　　由于上述原因產(chǎn)生的不良后果是令人震驚的，即使采用重交通道路瀝青和規(guī)范規(guī)定的混合骨料及級配下，路面也難以承受目前道路運輸?shù)默F(xiàn)狀。

　　二、改性瀝青和SMA技術(shù)的不足

　　我國公路部門為了解決這些嚴重又緊迫的問題，在學(xué)習(xí)國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上采取了一些措施和辦法，摸索出一些成功的經(jīng)驗，其中使用最多的改性瀝青與SMA路面兩項新技術(shù)。例如北京市公路局將其用在“國門第一路”(首都機場路)、“國航第一道”(首都機場跑道)、“中華第一街”(長安街)的建設(shè)和改造中，取得了良好使用效果和經(jīng)濟效益，兩項技術(shù)同時采用則效果更好。

　　但改性瀝青和SMA路面兩項新技術(shù)用于公路工程時仍存在缺陷：

　　1)它需要的專用設(shè)備和材料(優(yōu)質(zhì)骨科、改性劑、填料)一般地區(qū)難以具備，而且一次性投資較大，其要求的施工技術(shù)也比目前常規(guī)做法增加了不小的難度。

　　2)隨著近期國內(nèi)外石油價格的上漲，兩項新技術(shù)原已較高的成本又將增加。按1998年物價計算，SMA路面每公里成本需增加9.7萬元，若與改性瀝青同時應(yīng)用則每公里約增加38.8萬元，費用增加多少與是否采用國外原料、加工設(shè)備和不同改性劑有關(guān)。長期以來，進口道路瀝青以高于國際市場近2倍價格輸入我國而牟取了暴利。例如在美國、新加坡等國家的瀝青價格約90美元/噸，而在我國的銷售價格為135美元/噸。我國近年來道路瀝青年產(chǎn)量在220萬噸以上，在數(shù)量和質(zhì)量上與實際需求都有很大差距，導(dǎo)致進口瀝青仍然有增無減。因此這兩項新技術(shù)在我國也只是在高速公路、高等級公路重要路段、交叉口、停車場、立交橋、機場等使用，還不能像發(fā)達國家那樣普遍使用。

　　3)從增加路面抗裂、防滲、隔離、擴散的機理來說，過分依賴于增加瀝青結(jié)合料的彈性和粘結(jié)力，以及增大骨科強度與減少混合料孔隙率的辦法并不是最優(yōu)的。因為瀝青結(jié)合料的改性能使其抗拉、抗剪的力學(xué)性能增加，但幅度終究不會太高;高強骨料也不是各地區(qū)均有;混合料孔隙率的降低已近極限，而且在骨科和結(jié)合料之間的界面總會因材料的物理和力學(xué)性質(zhì)的差異而不可避免地出現(xiàn)滲水通道。另外其對路基承載能力的改善也無能為力，反而要求更高。

　　4)瀝青材料本身的日曬老化、高溫軟化、低溫脆化、沖擊疲勞等問題還有待解決。

　　三、將土工合成材料引入瀝青混凝土路面

　　在一般車輛荷載作用下，公路三層結(jié)構(gòu)的動穩(wěn)定度基本取決于表層，而與中、下層關(guān)系不大。在目前廣泛使用重交通道路瀝青和規(guī)范規(guī)定的混合料骨料級配條件下，如果在面層下部或底面合理采用適合的土工合成材料，既可提高面層的抗裂、防滲性能，還可以對基層或路基承載能力的提高發(fā)揮作用，不僅能夠相對節(jié)省造價和不增加施工難度，而且維修周期將有效延長，破損程度也將減輕。

　　比如純水泥混凝土承擔(dān)更高荷載作用時，如果只考慮水泥的力學(xué)性能或骨料的配合比而不加入適當(dāng)?shù)匿摻?高分子聚合物等非金屬)來承擔(dān)它工作中過大的拉、壓、剪應(yīng)力，那么它至今也不會獲得如此廣泛的應(yīng)用。公路、市政等部門何不也將注意力更多轉(zhuǎn)向加筋瀝青混凝土的試驗研究和設(shè)計應(yīng)用呢?據(jù)國外統(tǒng)計數(shù)據(jù)，公路工程中應(yīng)用的土工合成材料已占其全部用量的1/3以上。

　　交通部在1993年就曾將《土工格柵在道路工程中的應(yīng)用研究》列為“八五”聯(lián)合攻關(guān)課題，其中采用土工格柵防止寒冷地區(qū)瀝青路面開裂的研究由黑龍江省交通廳承擔(dān)。河南、湖南、湖北、陜西、黑龍江、北京等地公路部門利用土工格柵修筑了一些試驗路。2000年4月26在江蘇省連云港市召開了“全國公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)交流會”，并出版了會議論文集，交通部公路司副司長李彥武作了題為“應(yīng)重視土工合成材料在公路工程中的應(yīng)用”的報告，報告中介紹了3項措施：制訂規(guī)范、建立重點土工合成材料企業(yè)、修筑示范工程。

　　上個世紀80年代以來，各地也曾陸續(xù)開展了這方面的現(xiàn)場試驗研究。如1986年陜西公路局在西包線上開展的瀝青路面開裂的試驗研究;1985年同濟大學(xué)在福廈線上路面裂縫的治理研究;河北工學(xué)院對上海機場水泥混凝土跑道病害的治理研究;湖北省宜昌市公路局對土工網(wǎng)在瀝青路面中的應(yīng)用研究;大連港灣工程總公司在出港公路上的面層補強應(yīng)用研究;大連黃海大道采用多功能土工格柵治理縱縫研究;佳木斯市公路局用土工織物治理道路翻漿的研究;以及最近遼寧省高速公路局在沈陽-鐵嶺高速公路路面采用玻纖網(wǎng)的試驗等等。另外還可看到不少公開發(fā)表的有關(guān)探討公路面層或基層加筋效果數(shù)值計算的文章。

　　對上述這些寶貴的實踐有以下幾點體會：公路病害治理要長、短期結(jié)合，標本兼治，路面和基層(包括路基)處理時要統(tǒng)一考慮，技術(shù)和經(jīng)濟要結(jié)合起來，采用新材料要有新技術(shù)配合。

　　迄今試驗所采用的土工合成材料主要是無紡?fù)凉げ?非織造針刺土工織物)、編織土工布(織造土工織物)、土工網(wǎng)、土工格柵、土工膜、排水帶等，近期還有玻璃纖維網(wǎng)(玻纖格柵)、多功能土工格柵等。

　　根據(jù)以往實踐經(jīng)驗和國家標準《土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GB50290-98)第7.6節(jié)及交通部標準《公路土工合成材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》(JTJ/T019-98)第七章規(guī)定，為了減少或延緩新建道路基層(因干縮作用)或舊路面(各種拉應(yīng)力作用)已有裂縫向上新鋪面層反射，可以選用非織造針刺土工織物，其單位面積質(zhì)量(g/㎡)不大于200，極限抗拉強度不小于8kN/m，耐溫性宜在170℃以上。也可選用玻纖網(wǎng)，其孔眼尺寸宜為瀝青混凝土面層的混合骨科最大粒徑的0.5～1.0倍，極限抗拉強度應(yīng)大于50kN/m，最大負荷延伸率不大于3%。不過二者在面層下面實際所起的作用機理和效果是多方面的(不僅限于防治反射裂縫)，既有相同但又有區(qū)別。

　　1)薄層非織造針刺土工織物(無紡?fù)凉げ?的抗拉強度和模量均低，并具有微小三維孔隙結(jié)構(gòu)。在浸粘層油后原有滲透系數(shù)要降低約兩個數(shù)量級，所形成的瀝青布要比瀝青混凝土具有更好的抗?jié)B漏性和傳熱性，當(dāng)它與瀝青混凝土面層底部粘結(jié)時，會使面層的拉伸強度和模量有所提高，裂縫大為減少。舊路面或路基如已有了裂縫，在向上新鋪面層反射時，會由于它的韌性及一定的蠕變性而被其吸收及松馳，從而發(fā)揮它的應(yīng)力阻隔作用。

　　2)近來出現(xiàn)的玻纖網(wǎng)具有高抗拉強度和模量，無長期蠕變且熱穩(wěn)定性好，表面經(jīng)處置后與瀝青的相容性、材質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性和網(wǎng)格嵌鎖骨料的作用均較好。因此當(dāng)它鋪在瀝青混凝土面層下部或底面時，能使面層抗變形能力增強。同時由于它攤鋪的面積一般較大，有時是在整路段全鋪，面層上輪軸荷載帶來的壓力、次生彎拉應(yīng)力、剪力以及溫度拉應(yīng)力就會在界面變形相容條件下轉(zhuǎn)由它承擔(dān)，并通過它在其覆蓋范圍內(nèi)得到擴散，從而使面層抗疲勞強度獲得提高、抗車轍及鼓包能力增強，同時還可減少彎沉值。

　　可見上述兩類土工合成材料對提高面層的耐久性、防止早期破壞都有不可替代的作用，不能僅將其看成一種短期、臨時、緊急搶救的被動工程措施。

　　注：(a)如果路基和基層和實際承載能力也不滿足輪軸荷載和交通量的要求而需要補強時應(yīng)另行考慮，也可采用相適合的土工合成材料統(tǒng)一解決，采用高強輕質(zhì)真性塑料單、雙向土工格柵可作首選考慮。

　　(b)如果路基和基層同時存在有滲水、翻漿、沉陷等病害，則需另行考慮排水、防滲等措施，也可采用相應(yīng)的土工合成材料解決，例如采用加筋復(fù)合土工膜達到防滲、排水、加筋、隔離等要求。

　　四、經(jīng)濟效益分析

　　應(yīng)用土工合成材料的經(jīng)濟效益一直是影響其推廣的關(guān)鍵問題。國內(nèi)外的很多應(yīng)用實例進行過經(jīng)濟效益分析，均認為具有明顯的優(yōu)越性，但目前推廣起來仍有不小的阻力。我們認為可以采用如下辦法進行經(jīng)濟效益分析。

　　按目前通常的做法，新建公路(高速、一級)每平方米約需150元到200元，其中面層約需50元/㎡到70/㎡，而路面維修約需50元/㎡。正常設(shè)計使用壽命為15年、小修5年、大修約8年�，F(xiàn)分別按新建、維修和二者統(tǒng)一考慮3種情況分析其經(jīng)濟效益。從對比中確定最好的解決辦法。

　　1)新建情況

　　將新建經(jīng)費按不同使用壽命來分解，那么：

　　當(dāng)壽命為15年(設(shè)計)，則每年每平方米平均數(shù)為10.0～13.3元;

　　當(dāng)壽命為12年(4/5)，則每年每平方米平均數(shù)為12.5～16.7元;

　　當(dāng)壽命為10年(2/3)，則每年每平方米平均數(shù)為15.0～20.0元;

　　當(dāng)壽命為7.5年(1/2)，則每年每平方米平均數(shù)為20.0～26.6元。

　　如果為了能達到設(shè)計壽命15年而增加經(jīng)費每平方米75元(總計達到225元/㎡～275元/㎡)，在這種情況下盡管平均每年每平方米增為15.0～18.3元，但也比目前壽命為10年時的每年每平米平均費用15.0-20.0元還省0.0～1.7元。從目前市場情況來看，每平米造價增加75元對選用長絲非織造土工織物或覆有長絲非織造土工織物的格網(wǎng)都綽綽有余。

　　2)維修情況

　　按現(xiàn)有有關(guān)工程實例提供的經(jīng)驗，當(dāng)在面層下鋪設(shè)合適的土工合成材料(相應(yīng)施工技術(shù)要跟上)后，一般可推遲維修期1倍以上。如此在設(shè)計壽命(15年)內(nèi)大約只需維修3次，大約可節(jié)省維修費用為每平米3×50元=150元。

　　3)如果在整個使用壽命中將新建與維修在經(jīng)費上統(tǒng)一考慮，工程質(zhì)量責(zé)任由一家承包，那么即使在將預(yù)計新建公路經(jīng)費不增加的條件下，如能將采用土工合成材料節(jié)省的維修費用會150元/㎡中取一半即75元/㎡，提前投入到新建時采用土工合成材料攤鋪在新路面之下，那么不僅有可能使公路實際使用壽命達到設(shè)計要求，而且還可以同時達到延長維修期的雙重目的，這在經(jīng)濟效果上將更現(xiàn)優(yōu)越。

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