路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題

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一、引進(jìn)成熟技術(shù)的必要性

以我國(guó)瀝青路面的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)為例，我們的許多做法與國(guó)際上通行的做法不同，并沒(méi)有取得良好的效果。國(guó)際上絕大部分國(guó)家早在20世紀(jì)70年代起，就采用柔性基層瀝青路面、全厚式路面作為重載交通路段的常用的路面結(jié)構(gòu)，而惟有我國(guó)千篇一律地采用半剛性基層瀝青路面，甚至于結(jié)構(gòu)層的厚度都差不多。對(duì)瀝青路面的力學(xué)模式，國(guó)際上都采用瀝青層的彎拉應(yīng)變和土基模量作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，惟有我國(guó)鐘情于表面彎沉這個(gè)指標(biāo)，其他指標(biāo)實(shí)際上都沒(méi)有作用。其他還有許許多多與國(guó)際上不一致的地方，遺憾的是多半多被自己認(rèn)為是最先進(jìn)的。

二、我國(guó)在公路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的弊端

我國(guó)最早修建的京津塘高速公路，當(dāng)時(shí)基本上是參照國(guó)際上的路面結(jié)構(gòu)和瀝青混合料的級(jí)配做的，廣深珠高速公路也吸收了國(guó)外的結(jié)構(gòu)，這2條高速公路使用10余年來(lái)，情況基本良好。京津塘高速公路的外國(guó)監(jiān)理在我國(guó)開(kāi)了一個(gè)嚴(yán)格執(zhí)行“菲迪克條款”的先例，實(shí)行了動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理，取得了良好的效果，成為我國(guó)質(zhì)量最好的高速公路之一。然而，自此以后的工程就“本土化”了，監(jiān)理的素質(zhì)明顯下降，開(kāi)始了具有我國(guó)特點(diǎn)的“評(píng)分、評(píng)獎(jiǎng)、評(píng)優(yōu)”質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定和驗(yàn)收管理辦法。施工質(zhì)量數(shù)據(jù)弄虛作假已經(jīng)成了公開(kāi)的秘密。表面上“像模像樣”，實(shí)際上“沆瀣一氣”一起造假，其結(jié)果是工程驗(yàn)收的分?jǐn)?shù)都快接近100分了，優(yōu)質(zhì)工程比比皆是，經(jīng)常是獎(jiǎng)狀到手，路也壞了。

我國(guó)是世界上第一個(gè)采用彈性層狀體系進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)計(jì)算的國(guó)家，這一點(diǎn)始終處于世界的最先進(jìn)水平?？墒?，“先進(jìn)的方法、落后的參數(shù)”并沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)起多少作用。設(shè)計(jì)參數(shù)都是“想當(dāng)然”地自由取值，腦子里想什么結(jié)構(gòu)，想多少厚度，都能計(jì)算成什么結(jié)構(gòu)，多少厚度，實(shí)際上還是拍腦袋。其結(jié)果是“天下設(shè)計(jì)一大抄”，路面設(shè)計(jì)成為“數(shù)學(xué)游戲”。全國(guó)都千篇一律地使用幾乎相同的較薄瀝青面層的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)。

瀝青路面早期病害成心腹大患“質(zhì)量是工程建設(shè)的永恒主題。交通作為向社會(huì)提供公共產(chǎn)品和公共服務(wù)的部門(mén)，在新的歷史時(shí)期，我們應(yīng)向社會(huì)、向人民、向國(guó)家交一份什么樣的產(chǎn)品呢？是經(jīng)久耐用、外表美觀、使用方便的優(yōu)秀成果，還是金玉其外、敗絮其中的劣質(zhì)產(chǎn)品？這是關(guān)系交通行業(yè)形象，關(guān)系到交通行業(yè)是不是一個(gè)負(fù)責(zé)任行業(yè)的大問(wèn)題。”交通部部長(zhǎng)張春賢在2004年全國(guó)交通工作會(huì)議上說(shuō)，“質(zhì)量是工程的生命，更是一個(gè)行業(yè)的生命。如果幾年后我國(guó)建成的幾萬(wàn)公里高速公路沒(méi)到大修年限就大面積翻修，我們今天所為之奮斗的事業(yè)就可能被否定?！碑?dāng)我們看到張部長(zhǎng)的這一段講話(huà)時(shí)不覺(jué)汗顏。現(xiàn)在許多地方都在進(jìn)行高速公路大修，而且多半是“開(kāi)膛破肚連根拔式”的大修，對(duì)社會(huì)和交通影響極大，成為各地交通廳和工程部門(mén)最頭痛的大事。之所以造成這種狀態(tài)，原因是復(fù)雜的。

三、公路損壞的類(lèi)型及原因

交通部公路科學(xué)研究所承擔(dān)的交通部西部大開(kāi)發(fā)研究項(xiàng)目“高速公路早期病害預(yù)防措施的研究”課題對(duì)高速公路瀝青路面的早期病害發(fā)生的原因、如何預(yù)防進(jìn)行了認(rèn)真的研究。通過(guò)研究認(rèn)為，高速公路瀝青路面的早期損壞有兩種不同的類(lèi)型。

1.在瀝青路面建成不久，在當(dāng)年或者2-3年瀝青路面就發(fā)生程度不同的車(chē)轍、坑槽、網(wǎng)裂等早期損壞，許多屬于水損害或伴隨著疲勞產(chǎn)生的損壞。這些損壞最直接的原因是施工質(zhì)量不到位及離析造成。這些工程大部分經(jīng)過(guò)維修養(yǎng)護(hù)或者局部銑刨重修能在短時(shí)間內(nèi)逐漸趨于相對(duì)的穩(wěn)定。這種類(lèi)型的早期損壞經(jīng)常與管理上搶工、使用的材料不好、有嚴(yán)重的離析、壓實(shí)不到位、排水設(shè)計(jì)不合理有關(guān)，而且往往有嚴(yán)重的超限超載車(chē)輛通過(guò)，有些與路基變形也有關(guān)系。這些工程施工結(jié)束時(shí)的彎沉往往并不大，甚至小到個(gè)位數(shù)，幾乎接近于零，但基層開(kāi)裂比較嚴(yán)重，或者路面離析嚴(yán)重，從路表裂縫和孔隙中進(jìn)去的水不能很快從基層排走?；鶎优c瀝青面層的層面成為不連續(xù)的狀態(tài)，有些路面的瀝青層由于施工污染嚴(yán)重也不連續(xù)，使瀝青層處于不利的受力狀態(tài)，在重載交通的作用下，出現(xiàn)大的拉應(yīng)變發(fā)生裂縫，產(chǎn)生唧漿、坑槽，這些水損壞如果得不到有效的維修和控制，將很快發(fā)展成為大面積的損壞；另外有些路段，尤其是大的上坡路段，在高溫狀態(tài)下，很低的勁度模量不能抵抗重載交通很大的剪切變形而出現(xiàn)車(chē)轍。

2.早期損壞。指普遍達(dá)不到路面設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)年限，更不能與國(guó)際上更長(zhǎng)的設(shè)計(jì)年限20年乃至30-40年相比，充其量7-8年，或者10年左右就必須進(jìn)行大修。這種大修經(jīng)常是“開(kāi)膛破肚”式的，不僅僅對(duì)瀝青面層維修，還必須同時(shí)維修基層甚至底基層。這種大修不僅成本很高，而且對(duì)工程所在地的社會(huì)影響很大。這種使用壽命短、耐久性不足的情況使我們十分憂(yōu)慮。

瀝青路面早期損壞的技術(shù)原因各種早期損壞發(fā)生的原因是復(fù)雜的，短期的損壞大都受施工影響更大一些，較長(zhǎng)時(shí)間的損壞則具有某種共性，這種影響相對(duì)來(lái)說(shuō)要更大些。我們決不能對(duì)我國(guó)瀝青路面的耐久性差、使用壽命短的問(wèn)題熟視無(wú)睹。

四、對(duì)公路損壞的防治

在經(jīng)過(guò)認(rèn)真的思考和研究之后，普遍認(rèn)為這種情況與我國(guó)千篇一律地使用半剛性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，有時(shí)很可能是造成瀝青路面耐久性不足的主要原因。

在瀝青路面結(jié)構(gòu)問(wèn)題上，我們也需要放眼世界?？v觀國(guó)際上的高速公路和重交通公路，大量使用的是全厚式路面或者柔性基層瀝青路面。相反半剛性基層瀝青路面普遍使用于交通量不很大的公路，或者往往在半剛性基層下設(shè)置一個(gè)碎石過(guò)渡層。水泥穩(wěn)定碎石基層和貧混凝土基層是性質(zhì)安全不同的兩個(gè)類(lèi)型，而我們則一直混淆不清。名義上鋪筑的無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料基層，卻做成類(lèi)似于貧混凝土的強(qiáng)度，卻又沒(méi)有按貧混凝土的方法去做。即使同樣稱(chēng)為半剛性基層的水泥穩(wěn)定碎石基層，在強(qiáng)度要求、具體做法上也有許多不同之處。這些問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始引起普遍的重視，開(kāi)始關(guān)注對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)問(wèn)題的研究，希望改變目前單一使用半剛性基層瀝青路面的狀況，使不同的路面結(jié)構(gòu)得到合理的使用。

五、國(guó)際公路建造經(jīng)驗(yàn)

國(guó)際上在20世紀(jì)70年代以前，半剛性基層瀝青路面也曾經(jīng)用得很普遍，并發(fā)生了關(guān)于基層的“黑白之爭(zhēng)”，后來(lái)，柔性基層和全厚式路面得到了很大的發(fā)展，逐漸成為主流。其原因是半剛性基層在其優(yōu)點(diǎn)的背后，也有不少缺點(diǎn)，有些無(wú)法克服。

1.半剛性基層的收縮開(kāi)裂及由此引起瀝青路面的反射性裂縫輕重不同地存在。在國(guó)外普遍采取對(duì)裂縫進(jìn)行封縫，而在交通量繁重或者高速公路上，這種封縫工作十分困難。而在我國(guó)，日前根本沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫就進(jìn)行瀝青封縫的習(xí)慣，因而開(kāi)裂得不到有效的處理。

2.半剛性基層非常致密，它基本上是不透水或者滲水性很差的材料。水從各種途徑進(jìn)入路面并到達(dá)基層后，不能從基層迅速排走，只能沿瀝青層和基層的界面擴(kuò)散、積聚。水進(jìn)入路面的途徑，除了降雨（尤其是梅雨、雨季集中降雨）、降雪、化雪的表面水外，還有多種來(lái)源?？梢哉f(shuō)，水進(jìn)入瀝青路面是不可避免的，如不能及時(shí)排走就將造成危害。所以都稱(chēng)“水”是造成瀝青路面損壞的“元兇”，半剛性基層瀝青路面的內(nèi)部排水性能差是其致命的弱點(diǎn)。

3.半剛性基層有很好的整體性，但是在使用過(guò)程中，半剛性基層材料的強(qiáng)度、模量會(huì)由于干濕和凍融循環(huán)、在反復(fù)荷載的作用下因疲勞而逐漸衰減。按照南非的理論，半剛性基層的狀態(tài)是由整塊向大塊、小塊、碎塊變化，按照整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)路面是偏于不安全的。

4.半剛性基層瀝青路面對(duì)重載車(chē)來(lái)說(shuō)具有更大的軸載敏感性。重載車(chē)換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載時(shí)，對(duì)柔性基層通常是按4次方換算，而對(duì)半剛性基層來(lái)說(shuō)，隨著基層和瀝青層的模量比的增大，換算荷載的次方數(shù)將不再是4次方，很可能是12～15次方。軸載加大1倍，對(duì)柔性基層的換算軸次是增大16倍，而對(duì)半剛性基層可能要變?yōu)閿?shù)十萬(wàn)次。也就是說(shuō)同樣的超載車(chē)對(duì)半剛性基層瀝青路面的影響要比柔性基層瀝青路面大得多，對(duì)路面的損傷也大得多。

5.半剛性基層損壞后沒(méi)有愈合的能力，且無(wú)法進(jìn)行修補(bǔ)。其層一旦破壞，便無(wú)可救藥，除了挖掉重建，另無(wú)他法，這給瀝青路面的維修養(yǎng)護(hù)造成很大的困難。通常所說(shuō)進(jìn)行“補(bǔ)強(qiáng)”實(shí)際上是不現(xiàn)實(shí)的，也是不可能的，在半剛性基層上加鋪基層也不能結(jié)合成為整體。

6.半剛性基層很難跨年度施工，無(wú)論是直接暴露還是鋪上一層下面層過(guò)冬，都避免不了會(huì)發(fā)生橫向收縮裂縫，從而為瀝青路面的橫向裂縫埋下隱患。甚至在冬天就從縫中進(jìn)水（融雪）、半剛性基層暴露的還可能凍疏，影響強(qiáng)度的形成。在季節(jié)性冰凍地區(qū)，半剛性基層的凍融損壞幾乎難以避免。

六、永久性路面設(shè)計(jì)理念

永久性路面的理念是所設(shè)計(jì)的瀝青路面能夠使用40～50年以上、采用較厚的瀝青層柔性路面，降低傳統(tǒng)的瀝青層底開(kāi)裂和避免結(jié)構(gòu)性車(chē)轍。由于瀝青層相對(duì)較厚，傳統(tǒng)的疲勞開(kāi)裂可能性大大降低，路面的損壞主要位于面層的頂部（25～100毫），一旦道路表面損壞達(dá)到臨界水平，其經(jīng)濟(jì)性處理方法就是將損壞的頂層或面層銑刨、罩面，或者加鋪。瀝青面層材料可以再生利用，使得瀝青路面在使用年限內(nèi)不需要大的結(jié)構(gòu)性重修或重建，并企圖無(wú)限期地使用下去。

根據(jù)以前的室內(nèi)疲勞方程和力學(xué)設(shè)計(jì)程序，無(wú)論瀝青結(jié)構(gòu)層多厚，結(jié)構(gòu)都會(huì)必然產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍。而最新的理論發(fā)現(xiàn)當(dāng)瀝青層超過(guò)一定厚度時(shí)，良好施工的路面結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生源于層底的疲勞開(kāi)裂和結(jié)構(gòu)性車(chē)轍。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)軸次超過(guò)一定次數(shù)后，瀝青層厚度無(wú)須增加。也就是說(shuō)，瀝青層的厚度使層底拉應(yīng)變小于一定的值以后，瀝青路面的下部將可以無(wú)限期地使用下去。所以永久性路面的最大特點(diǎn)是確保路面各類(lèi)損壞控制在路面表面層頂部很薄的范圍內(nèi)，如自上向下溫度疲勞開(kāi)裂、車(chē)轍、表面磨耗、瀝青老化都努力限制在磨耗層內(nèi)，防止出現(xiàn)中面層以下的結(jié)構(gòu)性損壞，表面層的損壞只需通過(guò)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)得以補(bǔ)救。

這種長(zhǎng)壽命路面在美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞都進(jìn)行了一定的研究和實(shí)踐，也已經(jīng)引起了我國(guó)學(xué)者的注意，有的省正在開(kāi)展這方面的研究，鋪筑試驗(yàn)路，這是件很有意義的工作。

路面早期損壞的技術(shù)解決之路半剛性基層瀝青路面的在達(dá)到設(shè)計(jì)壽命后發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞，需要維修基層，與永久性路面確保只維修表面層的思想是最大的差別，是兩個(gè)完全相反的設(shè)計(jì)理念。很明顯，為了減小對(duì)社會(huì)和交通的影響，我們都不愿意每次連基層一起“開(kāi)膛破肚”式地維修，因此我們必須認(rèn)真地思考這些問(wèn)題。

痛定思痛，我們應(yīng)該清醒，提倡“自力更生”本身并沒(méi)有什么錯(cuò)，但如果事事都講自力更生，盲目的排外，將民族自尊心變成了虛榮心，這就很容易產(chǎn)生輕視學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的傾向，對(duì)我國(guó)的發(fā)展是很不利的。