关于沥青混凝土路面的问题

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关于沥青混凝土路面的问题

　　导语：沥青混凝土路面指的是用沥青混凝土作面层的路面。经人工选配具有一定级配组成的矿料(碎石或轧碎砾石、石屑或砂、矿粉等)与一定比例的路用沥青材料，在严格控制条件下拌制而成的混合料。

关于沥青混凝土路面的问题

　　一、目前沥青混凝土路面存在的突出问题

　　据有关资料统计，沥青混凝土路面造价占公路总造价的1/4～1/3，并且维修经费又绝大部分用于路面，沥青混凝土路面普遍存在的技术和质量难题主要有两点。

　　一是耐久性差。目前国内沥青混凝土路面较长的使用寿命为8年～12年，普遍短于设计使用寿命(15年～20年)，而且因自然环境和运行状况不良，有的路面甚至3年～5年即需要整体翻修改造。

　　二是路面的早期破坏严重。有的新路开通后2年～3年，长的6年～8年就出现坑槽、开裂、车辙、抗滑性能不足等病害而需要维修。

　　自20世纪80年代以来，我国虽然在公路设计、施工、原材料等方面水平上有了很大的提高，但公路路面仍然经常发生不少早期破坏现象。除设计和施工方面的原因以外，主要外因是交通量增长过快，重载、超载严重，使道路长期处于超负荷运转状态;主要内因是材料(沥青、骨料等)性能差，导致路面抵抗拉应力(如冷热、干湿的胀缩应力、荷载弯拉与疲劳应力、反射裂缝的扩张应力等)剪应力、渗水和粘结老化等能力相对不足。

　　由于上述原因产生的不良后果是令人震惊的，即使采用重交通道路沥青和规范规定的混合骨料及级配下，路面也难以承受目前道路运输的现状。

　　二、改性沥青和SMA技术的不足

　　我国公路部门为了解决这些严重又紧迫的问题，在学习国外先进经验的基础上采取了一些措施和办法，摸索出一些成功的经验，其中使用最多的改性沥青与SMA路面两项新技术。例如北京市公路局将其用在“国门第一路”(首都机场路)、“国航第一道”(首都机场跑道)、“中华第一街”(长安街)的建设和改造中，取得了良好使用效果和经济效益，两项技术同时采用则效果更好。

　　但改性沥青和SMA路面两项新技术用于公路工程时仍存在缺陷：

　　1)它需要的专用设备和材料(优质骨科、改性剂、填料)一般地区难以具备，而且一次性投资较大，其要求的施工技术也比目前常规做法增加了不小的难度。

　　2)随着近期国内外石油价格的上涨，两项新技术原已较高的成本又将增加。按1998年物价计算，SMA路面每公里成本需增加9.7万元，若与改性沥青同时应用则每公里约增加38.8万元，费用增加多少与是否采用国外原料、加工设备和不同改性剂有关。长期以来，进口道路沥青以高于国际市场近2倍价格输入我国而牟取了暴利。例如在美国、新加坡等国家的沥青价格约90美元/吨，而在我国的销售价格为135美元/吨。我国近年来道路沥青年产量在220万吨以上，在数量和质量上与实际需求都有很大差距，导致进口沥青仍然有增无减。因此这两项新技术在我国也只是在高速公路、高等级公路重要路段、交叉口、停车场、立交桥、机场等使用，还不能像发达国家那样普遍使用。

　　3)从增加路面抗裂、防渗、隔离、扩散的机理来说，过分依赖于增加沥青结合料的弹性和粘结力，以及增大骨科强度与减少混合料孔隙率的办法并不是最优的。因为沥青结合料的改性能使其抗拉、抗剪的力学性能增加，但幅度终究不会太高;高强骨料也不是各地区均有;混合料孔隙率的降低已近极限，而且在骨科和结合料之间的界面总会因材料的物理和力学性质的差异而不可避免地出现渗水通道。另外其对路基承载能力的改善也无能为力，反而要求更高。

　　4)沥青材料本身的日晒老化、高温软化、低温脆化、冲击疲劳等问题还有待解决。

　　三、将土工合成材料引入沥青混凝土路面

　　在一般车辆荷载作用下，公路三层结构的动稳定度基本取决于表层，而与中、下层关系不大。在目前广泛使用重交通道路沥青和规范规定的混合料骨料级配条件下，如果在面层下部或底面合理采用适合的土工合成材料，既可提高面层的抗裂、防渗性能，还可以对基层或路基承载能力的提高发挥作用，不仅能够相对节省造价和不增加施工难度，而且维修周期将有效延长，破损程度也将减轻。

　　比如纯水泥混凝土承担更高荷载作用时，如果只考虑水泥的力学性能或骨料的配合比而不加入适当的钢筋(高分子聚合物等非金属)来承担它工作中过大的拉、压、剪应力，那么它至今也不会获得如此广泛的应用。公路、市政等部门何不也将注意力更多转向加筋沥青混凝土的试验研究和设计应用呢?据国外统计数据，公路工程中应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年就曾将《土工格栅在道路工程中的应用研究》列为“八五”联合攻关课题，其中采用土工格栅防止寒冷地区沥青路面开裂的研究由黑龙江省交通厅承担。河南、湖南、湖北、陕西、黑龙江、北京等地公路部门利用土工格栅修筑了一些试验路。2000年4月26在江苏省连云港市召开了“全国公路土工合成材料应用技术交流会”，并出版了会议论文集，交通部公路司副司长李彦武作了题为“应重视土工合成材料在公路工程中的应用”的报告，报告中介绍了3项措施：制订规范、建立重点土工合成材料企业、修筑示范工程。

　　上个世纪80年代以来，各地也曾陆续开展了这方面的现场试验研究。如1986年陕西公路局在西包线上开展的沥青路面开裂的试验研究;1985年同济大学在福厦线上路面裂缝的治理研究;河北工学院对上海机场水泥混凝土跑道病害的治理研究;湖北省宜昌市公路局对土工网在沥青路面中的应用研究;大连港湾工程总公司在出港公路上的面层补强应用研究;大连黄海大道采用多功能土工格栅治理纵缝研究;佳木斯市公路局用土工织物治理道路翻浆的研究;以及最近辽宁省高速公路局在沈阳-铁岭高速公路路面采用玻纤网的试验等等。另外还可看到不少公开发表的有关探讨公路面层或基层加筋效果数值计算的文章。

　　对上述这些宝贵的实践有以下几点体会：公路病害治理要长、短期结合，标本兼治，路面和基层(包括路基)处理时要统一考虑，技术和经济要结合起来，采用新材料要有新技术配合。

　　迄今试验所采用的土工合成材料主要是无纺土工布(非织造针刺土工织物)、编织土工布(织造土工织物)、土工网、土工格栅、土工膜、排水带等，近期还有玻璃纤维网(玻纤格栅)、多功能土工格栅等。

　　根据以往实践经验和国家标准《土工合成材料应用技术规范》(GB50290-98)第7.6节及交通部标准《公路土工合成材料应用技术规范》(JTJ/T019-98)第七章规定，为了减少或延缓新建道路基层(因干缩作用)或旧路面(各种拉应力作用)已有裂缝向上新铺面层反射，可以选用非织造针刺土工织物，其单位面积质量(g/㎡)不大于200，极限抗拉强度不小于8kN/m，耐温性宜在170℃以上。也可选用玻纤网，其孔眼尺寸宜为沥青混凝土面层的混合骨科最大粒径的0.5～1.0倍，极限抗拉强度应大于50kN/m，最大负荷延伸率不大于3%。不过二者在面层下面实际所起的作用机理和效果是多方面的(不仅限于防治反射裂缝)，既有相同但又有区别。

　　1)薄层非织造针刺土工织物(无纺土工布)的抗拉强度和模量均低，并具有微小三维孔隙结构。在浸粘层油后原有渗透系数要降低约两个数量级，所形成的沥青布要比沥青混凝土具有更好的抗渗漏性和传热性，当它与沥青混凝土面层底部粘结时，会使面层的拉伸强度和模量有所提高，裂缝大为减少。旧路面或路基如已有了裂缝，在向上新铺面层反射时，会由于它的韧性及一定的蠕变性而被其吸收及松驰，从而发挥它的应力阻隔作用。

　　2)近来出现的玻纤网具有高抗拉强度和模量，无长期蠕变且热稳定性好，表面经处置后与沥青的相容性、材质的化学稳定性和网格嵌锁骨料的作用均较好。因此当它铺在沥青混凝土面层下部或底面时，能使面层抗变形能力增强。同时由于它摊铺的面积一般较大，有时是在整路段全铺，面层上轮轴荷载带来的压力、次生弯拉应力、剪力以及温度拉应力就会在界面变形相容条件下转由它承担，并通过它在其覆盖范围内得到扩散，从而使面层抗疲劳强度获得提高、抗车辙及鼓包能力增强，同时还可减少弯沉值。

　　可见上述两类土工合成材料对提高面层的耐久性、防止早期破坏都有不可替代的作用，不能仅将其看成一种短期、临时、紧急抢救的被动工程措施。

　　注：(a)如果路基和基层和实际承载能力也不满足轮轴荷载和交通量的要求而需要补强时应另行考虑，也可采用相适合的土工合成材料统一解决，采用高强轻质真性塑料单、双向土工格栅可作首选考虑。

　　(b)如果路基和基层同时存在有渗水、翻浆、沉陷等病害，则需另行考虑排水、防渗等措施，也可采用相应的土工合成材料解决，例如采用加筋复合土工膜达到防渗、排水、加筋、隔离等要求。

　　四、经济效益分析

　　应用土工合成材料的经济效益一直是影响其推广的关键问题。国内外的很多应用实例进行过经济效益分析，均认为具有明显的优越性，但目前推广起来仍有不小的阻力。我们认为可以采用如下办法进行经济效益分析。

　　按目前通常的做法，新建公路(高速、一级)每平方米约需150元到200元，其中面层约需50元/㎡到70/㎡，而路面维修约需50元/㎡。正常设计使用寿命为15年、小修5年、大修约8年。现分别按新建、维修和二者统一考虑3种情况分析其经济效益。从对比中确定最好的解决办法。

　　1)新建情况

　　将新建经费按不同使用寿命来分解，那么：

　　当寿命为15年(设计)，则每年每平方米平均数为10.0～13.3元;

　　当寿命为12年(4/5)，则每年每平方米平均数为12.5～16.7元;

　　当寿命为10年(2/3)，则每年每平方米平均数为15.0～20.0元;

　　当寿命为7.5年(1/2)，则每年每平方米平均数为20.0～26.6元。

　　如果为了能达到设计寿命15年而增加经费每平方米75元(总计达到225元/㎡～275元/㎡)，在这种情况下尽管平均每年每平方米增为15.0～18.3元，但也比目前寿命为10年时的每年每平米平均费用15.0-20.0元还省0.0～1.7元。从目前市场情况来看，每平米造价增加75元对选用长丝非织造土工织物或覆有长丝非织造土工织物的格网都绰绰有余。

　　2)维修情况

　　按现有有关工程实例提供的经验，当在面层下铺设合适的土工合成材料(相应施工技术要跟上)后，一般可推迟维修期1倍以上。如此在设计寿命(15年)内大约只需维修3次，大约可节省维修费用为每平米3×50元=150元。

　　3)如果在整个使用寿命中将新建与维修在经费上统一考虑，工程质量责任由一家承包，那么即使在将预计新建公路经费不增加的条件下，如能将采用土工合成材料节省的维修费用会150元/㎡中取一半即75元/㎡，提前投入到新建时采用土工合成材料摊铺在新路面之下，那么不仅有可能使公路实际使用寿命达到设计要求，而且还可以同时达到延长维修期的双重目的，这在经济效果上将更现优越。

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