关于延长重交通沥青路面使用寿命的技术探讨

朱昌海　姜福祥

摘要：本文笔者结合这些年来的一些工程体会分析了重交通沥青路面损坏的机理，指出了与传统路面损坏的不同，提出若干相关建议，对解决沥青路面大量过早损坏，具有现实意义。

关键词：沥青路面；损坏机理；长寿路面

近些年来我国公路超载以及由此造成的路面早期损坏，一直是困扰公路管理部门和工程技术人员的棘手问题。同时我国上世纪八十年代末、九十年代初建成的一批高速公路相继进入了大修养护周期，如：京津塘高速公路、广深高速公路、广佛高速公路、济青高速公路、京石高速公路等等。由此引发出一系列关于路面质量的一些问题：如何提高我国沥青路面质量，如何延长我国沥青路面的使用寿命，如何降低沥青路面大修的养护成本等。为此，国家多部委联合开展了治超行动，并已经取得了显著的阶段性成果。但是要彻底杜绝超载，解决路面早期损坏的问题，还需要对超载和路面早期损坏有一个准确、系统和全面的认识，以有效地提高路面质量和保护既有设施。

1 路面损坏机理的认识

对路面损坏机理的认识，是一切路面活动的基础。我们通过对沥青路面设计理论和工程实践的分析，认为造成目前路面大量早期损坏的原因不能够简单地归结为施工质量问题或材料质量，而是有其深远的理论原因和认识原因。沥青路面的龟裂、车辙、低温开裂等是长期以来存在的损坏现象，也是路面设计时重点控制的损坏类型。而在调查中表明，随着路面结构强度的提高和路面损坏期的提前，路面出现了许多新的损坏类型，如斑状泛油、压密泛油、内部松散、新型泛浆、新型沉陷、坑洞、车辙、新型龟裂以及离析等现象。这些损坏，不论是其形态还是其形成的原因都与传统的损坏不同。传统的损坏出现得越来越少，有些已经不再出现，而这些新型的损坏却出现得非常频繁。所以，按照传统的理论来加强路面结构不仅没有效果，有时甚至是适得其反。

目前沥青路面实践中有三类损坏是尤其需要重视的：一个是车辙；一个是新型龟裂（纵向平行裂缝）；另一个则是混合料的均匀性，即离析。

传统理论认为，产生车辙的主要原因是沥青混合料的热稳定性不足，为此人们花费了高昂的代价去提高沥青混合料的质量，如采用改性沥青、提高集料质量、采用SMA或同时使用多种措施等。应该说这些措施对控制车辙的产生起到了一定的作用，但车辙出现的速度和深度仍大大超出了传统理论的预期。据研究认为，路面车辙的产生除了混合料本身的原因之外，还有结构因素，过于刚性的基础结构容易诱发车辙。这虽然是更为重要的因素，却是被完全忽略了的因素。

为了保证路面结构的寿命，相关部门通常将路面结构设计得非常强，意在使路面弯沉非常小。这样的结构对于防止传统的弯拉疲劳开裂（自下而上）有效，但是却增大了沥青层内的剪切应力，而这个剪切应力恰恰就是产生车辙的主要外因。所以要解决车辙问题，仅仅着眼于材料特性的改进是不够的，还应该综合考虑结构设计因素，进行综合治理。

另一个是损坏中的新型龟裂。一般认为，路面龟裂源自弯拉疲劳效应，产生于沥青层底面并自下而上扩展。而根据有关调查和研究证明，在重交通作用下路面上的龟裂损坏是自上而下的，一般产生于表面3厘米的深度范围内并向下发展。产生这类损坏的原因并不是弯拉疲劳作用，而是路面表面的剪切疲劳。随着沥青层厚度的增加，产生于沥青底面的弯拉疲劳开裂越来越少，而产生于沥青层顶部的剪切疲劳开裂将越来越普遍。所以，采用传统方法、措施去解决自下而上的损坏，难以解决自上而下的损坏。

路面剪应力过大的原因主要是轴载过大和轮胎与路面接触压力的非均匀性。重型、非均布轮载作用下产生的路面损坏，既可能是自上而下的龟裂形态，也可能是路面车辙，这远比传统上的认识要复杂得多。所以，对于重交通作用下的沥青路面而言，不能简单地认为弯沉小就意味着路面结构比较强。

进一步的分析表明，随着基层模量的增加，沥青层底面的弯拉应力应变急剧减小，但在目前的常用参数范围内，沥青层中的剪切应力却是增大的。这个分析结果给结构设计提供了很好的启示，即半刚性基层模量应该有一个合理的范围。

再一个值得强调的问题是沥青混合料的均匀性，即大量存在的离析。传统上人们没有把混合料的均匀性当做一个严重问题来看待，没有采取严格的措施予以控制，只要求施工时认真就可以了。而随着交通量的增大，均匀性已经成为决定路面质量的主要因素之一，应该引起充分注意。

将路面早期水损坏的主要原因归结于路面空隙率过大，又将空隙率过大的原因归结于压实不足，这确实是早期路面空隙率过大的主要原因，但却比较容易解决；实际上，混合料的离析不仅是造成局部空隙率过大的另一个主要原因，而且是比较难以解决的技术问题。可以说，路面大部分早期损坏类型都是起源于混合料的不均匀，这已经成为决定路面质量的重要因素：一旦混合料发生离析，一切关于材料设计的努力都变得徒劳了。

路面压实度不足，有时也是混合料离析引起的，仅检测路面的平均压实度，往往不能客观地反映问题，还应该考虑其变异性。当混合料发生离析时，仅仅依靠提高压实度难以达到减小空隙率的目的，甚至会造成集料碎裂而适得其反。

众所周知，随着经济的发展，我国公路上的超载运输现象十分普遍和严重，超载无疑也是造成路面损坏的重要原因。当荷载超过设计标准时，对结构的破坏是必然的。我国高速公路的早期损坏，与超载的大量存在具有直接的关系。目前，对于超载的治理已经取得了显著效果。但是要彻底限制超载，仅靠行政性的推动和临时性的检查是不够的，还需要从两方面的工作进行改进，一是建立长效的综合机制；一是准确地深化对超载的认识，重新厘定关于超载的定义。以确实保护沥青路面的使用质量。

2 设计理论与施工的反思

路面在使用实践中所暴露的大量问题，促使我们对路面设计理论、设计方法、材料选择和施工过程进行反思。实际上，目前大量出现的路面早期损坏是现行理论和规范所难以做出更深解释的。虽说设计方法基于力学，但分析的范围和所考虑的主要受力方式，相对于目前复杂的荷载状况而言却过于简单。对于不同的路面结构，对其使用性能变化规律的认识不够清楚，更缺少定量的研究；初步考虑了环境因素对路面力学参数的影响，但忽视了环境因素对路面性能的影响，而后者则是更为重要的。对材料的要求与对结构的要求还缺少“相容”性，对材料性能的定量标准还处于经验阶段。在低等级道路的实践中，上述问题没有暴露得很充分，片面地认为已经基本掌握了路面设计的主要关键技术，没有给予足够重视，以致于常常把局部出现的问题归结为施工原因，而当将上述方法用于高等级公路、尤其是高速公路的路面实践时，这些问题就变得非常突出了：以前轻交通道路路面设计理论和方法的简单外延与重交通路面的要求尚有较大距离；路用材料只有技术标准而缺少严格的工业标准；许多试验参数不适用于重交通道路。在施工和材料供应领域，虽然我们拥有现代化的生产工具，但由于没有工业化、现代化的思想和措施，难以在规模建设的条件下从根本上保证工程的质量。因此，完整地掌握高等级重交通沥青路面技术，仍是摆在科研、施工队伍面前的现实而紧迫的任务。

此外，目前许多高速公路面临加宽的问题，简单地加宽并不是一个明智的选择，如果在加宽过程中将客运交通与貨运交通分离，建设平行线而不是直接加宽，不论对于路面技术还是对于交通安全、交通效率都是更为有利的。

总结

目前路面上出现的早期损坏问题，是长时期形成的，就事论事的方法不仅难以解决，而且可能诱发路面新的损坏，因此需要新的理论和总体的解决方案。只要认识到重交通路面的技术特点，在设计施工中精心实践，就能够体现新的境界，延长路面寿命。

参考文献

[1]葛运溥.“走向长寿命路面全新境界”.中国公路养护.