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(jí)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(yán)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(jì)，瀝青混凝土路面造價(jià)占公路總造價(jià)的1/4～1/3，并且維修經(jīng)費(fèi)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(diǎn)。

　　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(jì)使用壽命(15年～20年)，而且因自然環(huán)境和運(yùn)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(yán)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(jì)80年代以來，我國雖然在公路設(shè)計(jì)、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(jì)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(yán)重，使道路長期處于超負(fù)荷運(yùn)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(kuò)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(jí)配下，路面也難以承受目前道路運(yùn)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(yán)重又緊迫的問題，在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)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(yàn)，其中使用最多的改性瀝青與SMA路面兩項(xiàng)新技術(shù)。例如北京市公路局將其用在“國門第一路”(首都機(jī)場路)、“國航第一道”(首都機(jī)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(jì)效益，兩項(xiàng)技術(shù)同時(shí)采用則效果更好。

　　但改性瀝青和SMA路面兩項(xiàng)新技術(shù)用于公路工程時(shí)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(jià)格的上漲，兩項(xiàng)新技術(shù)原已較高的成本又將增加。按1998年物價(jià)計(jì)算，SMA路面每公里成本需增加9.7萬元，若與改性瀝青同時(shí)應(yīng)用則每公里約增加38.8萬元，費(fèi)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(jìn)口道路瀝青以高于國際市場近2倍價(jià)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(jià)格約90美元/噸，而在我國的銷售價(jià)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(shí)際需求都有很大差距，導(dǎo)致進(jìn)口瀝青仍然有增無減。因此這兩項(xiàng)新技術(shù)在我國也只是在高速公路、高等級(jí)公路重要路段、交叉口、停車場、立交橋、機(jī)場等使用，還不能像發(fā)達(dá)國家那樣普遍使用。

　　3)從增加路面抗裂、防滲、隔離、擴(kuò)散的機(jī)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(qiáng)度與減少混合料孔隙率的辦法并不是最優(yōu)的。因?yàn)闉r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(huì)太高;高強(qiáng)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(huì)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(dòng)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(jí)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(jià)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(shí)，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(huì)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(yàn)研究和設(shè)計(jì)應(yīng)用呢?據(jù)國外統(tǒng)計(jì)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(yàn)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(huì)”，并出版了會(huì)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(bào)告，報(bào)告中介紹了3項(xiàng)措施：制訂規(guī)范、建立重點(diǎn)土工合成材料企業(yè)、修筑示范工程。

　　上個(gè)世紀(jì)80年代以來，各地也曾陸續(xù)開展了這方面的現(xiàn)場試驗(yàn)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(yàn)研究;1985年同濟(jì)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(jī)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(bǔ)強(qiáng)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(yàn)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(jì)算的文章。

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

　　迄今試驗(yàn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和國家標(biāo)準(zhǔn)《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(biāo)準(zhǔn)《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(qiáng)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(qiáng)度應(yīng)大于50kN/m，最大負(fù)荷延伸率不大于3%。不過二者在面層下面實(shí)際所起的作用機(jī)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(qiáng)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(gè)數(shù)量級(jí)，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(shí)，會(huì)使面層的拉伸強(qiáng)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(shí)，會(huì)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(qiáng)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(shí)，能使面層抗變形能力增強(qiáng)。同時(shí)由于它攤鋪的面積一般較大，有時(shí)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(huì)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(kuò)散，從而使面層抗疲勞強(qiáng)度獲得提高、抗車轍及鼓包能力增強(qiáng)，同時(shí)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(shí)、緊急搶救的被動(dòng)工程措施。

　　注：(a)如果路基和基層和實(shí)際承載能力也不滿足輪軸荷載和交通量的要求而需要補(bǔ)強(qiáng)時(shí)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(qiáng)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(shí)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(dá)到防滲、排水、加筋、隔離等要求。

　　四、經(jīng)濟(jì)效益分析

　　應(yīng)用土工合成材料的經(jīng)濟(jì)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(shí)例進(jìn)行過經(jīng)濟(jì)效益分析，均認(rèn)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(rèn)為可以采用如下辦法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

　　按目前通常的做法，新建公路(高速、一級(jí))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(jì)使用壽命為15年、小修5年、大修約8年。現(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(jì)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(fèi)按不同使用壽命來分解，那么：

　　當(dāng)壽命為15年(設(shè)計(jì))，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(dá)到設(shè)計(jì)壽命15年而增加經(jīng)費(fèi)每平方米75元(總計(jì)達(dá)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(shí)的每年每平米平均費(fèi)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(jià)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(shí)例提供的經(jīng)驗(yàn)，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(jì)壽命(15年)內(nèi)大約只需維修3次，大約可節(jié)省維修費(fèi)用為每平米3×50元=150元。

　　3)如果在整個(gè)使用壽命中將新建與維修在經(jīng)費(fèi)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(jì)新建公路經(jīng)費(fèi)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(fèi)用會(huì)150元/㎡中取一半即75元/㎡，提前投入到新建時(shí)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(shí)際使用壽命達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而且還可以同時(shí)達(dá)到延長維修期的雙重目的，這在經(jīng)濟(jì)效果上將更現(xiàn)優(yōu)越。

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