非洲某公路项目沥青路面预防性养护应用研究

和 志

中国路桥工程有限责任公司

1 引言

非洲欠发达地区普遍面临公路基础设施需求巨大但资金紧缺的矛盾，很多新建成道路由于缺乏及时有效的养护管理，沥青路面极易出现早期损害，使用寿命和服务水平远不及预期，使得地区内基建供需矛盾更为突出。重视并主动使用预养护技术，能够有效处理沥青路面早期病害、改善路面功能状况，延缓路面性能衰减，从而降低路面全寿命周期养护费用，一定程度上能够缓解当地面临的基础设施供需矛盾。

2 路面预防性养护

路面预防性养护即PAVEMENT PREVENTIVE MAINTENNANCE（简称PPM）于1980 年代由美国SHRP 提出，是指为了提高路面全寿命周期养护效益，在没有发生损害或者只有病害迹象或轻度病害的路面，采取不影响原路面结构和强度的主动养护措施，达到阻止病害进一步发展，以保持和改善路面使用性能。根据国内外有关机构统计资料显示，公路实际使用寿命仅为设计寿命的40%～50%，某些高速公路运行2～3 年后就出现比较严重的病害。设计阶段对路面结构方案的优化和使用阶段及时采取预防性养护措施对路面功能的发挥都具有重要影响。分析认为，道路寿命周期内进行至少3次预防性养护可以延长实际使用寿命约38%，节约道路大修费用27%。安哥拉自上世纪70年代独立以来，长期处于内战，公路管理和养护水平很低，很少考虑采用预防性养护。根据我们的调查，2020年内战结束后，安哥拉政府开始大规模修复国内公路网，但公路养护管理水平却不能及时跟进，安国境内约70%以上的新建公路仅仅在通车2～3年后就要进行中大规模修补。因此，无论对当地道路主管部门的道路养护管理还是承包商的合同风险管理，都必须高度重视预防性养护。

3 安哥拉某高速公路概况

安哥拉CN 项目位于该国北部，全长208km，是该国北部第一条高速公路，也是该国自内战结束后建设的第一条高速公路，2015 年5 月竣工初验。项目沿线区域为热带草原气候，常年湿热多雨，年平均降雨量1650mm，路面早期病害多为水损害。根据项目部现场调查统计，病害有为坑槽、横向裂缝、局部路基沉降（低洼地段涵洞处尤甚）、表面层松散和麻面以及车辙和平整度下降。安哥拉当地当年10 月至次年3 月为雨季，降水十分频繁，路面病害处于高发期，如无针对性采取预防性养护措施，雨季期间很难对路面病害进行有效维修，且道路养护成本高于预期。2018年以前，安哥拉国内尚未全面控制车辆超载，货车超载现象十分普遍，更是加剧了路面损坏。对此，该项目承包商在竣工交验后，精心制定了养护工作计划（该国法律规定道路缺陷养护期为3年），并加强道路检测和评价，大力开展道路预防性养护工作，积极开展相关研究，保证了养护期内路面的良好使用性能，顺利完成项目最终竣工交验。

4 预防性养护技术对策选择

预防性养护强调“针对不同路面采取及时有效的养护措施”，预防性养护的关键是养护工作的介入时间和采用的养护技术。

4.1 路面技术状况评价和决策

路面技术状况评价是决策预防性养护时机的基础，通过对目标道路的路面状况评价，可以判断该决策时原路面状况是否适合预养护。由于安哥拉当地无相关规范和统计数据，经过分析并咨询业主，我们采用中国规范推荐评价方案，即对不同等级公路沥青路面的预养护宏观路况技术标准采用路面使用性能指数（PQI）和5个的分项指标进行评价。公路路面技术状况分为5个等级，具体如表1所示。

表1 公路路面技术状况评定标准

指标权重系数高速公路、一级公路二、三、四级公路WPCI 0.35 0.60 WRQI 0.40 0.40 WRDI 0.15-WSRI 0.10-

式中：

PCI——路面损坏状况指数；

RQI——路面行驶质量指数；

RDI——路面车辙深度指数；

SRI——路面抗滑性能指数；

PSSI——路面结构强度指数。

根据规范要求，当路面结构强度充足（PSSI≥85）且路面破损状况指数PCI≥85，即可判断原路面适宜采用预防性养护。

在宏观路况标准满足预防性预防性养护要求的前提下，需要对原路面作评价微观路况，具体标准为以下几点。

（1）轻微程度横向裂缝、纵向裂缝、细小裂缝。

（2）深度小于15mm车辙。

（3）轻微的表面不平整（拥包、沉陷）。

（4）各种程度的泛油、老化、松散。

（5）轻微程度的抗滑不足、轻微渗水。

根据2015年8月对项目标段1的路况调查和检测结果，原路面调查基本情况见表2（节选）。

表2 CN公路的基本情况

综合分析CN项目标段1路面宏观和微观路况评价结果，可以得出原路面状况符合预养护的结论，应当及时采取预养护措施。

工作实践中，结合国内规范推荐的预防性养护措施应用的时间（从路面新建、上一次大修或预防性养护后起算），对安排预养护计划也有很大的参考价值，碎石封层3～5年，微表处3～5年，薄层罩面3～6年。

4.2 预防性养护对策选择

对策选择通常要技术、经济和工程等多个因素进行综合考虑。在数据充足情况下，对策选择分为三个步骤，分别考虑技术、经济和适用性因素。

4.2.1 技术因素分析

该环节中，路面病害类型及损坏程度、道路等级和交通量是重点考虑的因素，一般选择在技术方面适用的预防性养护措施，见表3。

根据表2 和表5，针对CN 公路项目标段1，我们选取的预防性养护措施有（1）微表处、（2）复合封层、（3）薄层罩面。

4.2.2 费用效益分析

通过费用效益分析，可以比选出费用效益良好的预养护措施。目前常用等效年度费用法进行费用效益分析（Equivalent Annual Cost Method，简称EAC）。

等效年度费用法方程为：

EAC=单位成本/期望寿命单位成本可根据预养护措施所需的的材料、施工等费用确定。

期望寿命一般根据使用经验确定，结合规范推荐值，微表处期望寿命3～5 年，复合封层3～5 年，薄层罩面4～5 年。规范推荐各类措施使用寿命如表4。

表3 各等级道路适用的预防性养护措施

表4 预防性养护措施的使用寿命

单位成本由项目部根据拟定的养护方案和成本资料测算，期望寿命采用规范推荐值，考虑到安哥拉的气候和交通量因素，我们采用期望寿命下限值，分别计算微表处、复合封层和薄层罩面的EAC 值，即5.38美元/年、9.5美元/年和14.38美元/年。值得注意的是，尽管微表处具有最佳的费用效益，仍需要进一步分析才能最终确定最佳预养护措施。

4.2.3 措施适用性分析

在费用效益分析的基础上，针对具体的项目还需要进一步分析和考虑施工质量、气候、材料可用性、交通干扰等因素，分别对三种初选的预养护措施进行评价，确保预养护措施的工程适用性。一般采用项目级综合评判法评价，计算方程为：

式中：

K——综合评判系数；

Cij——第i 种待选养护措施针对第j 种影响因素的特征属性值；

Wj——第j种影响因素的权重系数；

N——影响因素的数目。

由于安哥拉公路主管部门缺少相关统计资料，我们采用国内规范给出常见养护措施特征属性分值范围及推荐值。通过对三种拟选养护措施的综合评价，微表处、复合封层和薄层罩面的k 值分别为5.67/3.25/4.66，即可选定微表处为该路段预养护措施。

4.3 养护效果

CN 项目在2015 年雨季来临前制定了预养护计划并采取微表处养护，明显减少了因裂缝渗水引起路面和基层的损坏。2016 年在全线开展了路面技术状况评价和预养措施决策，多个路段经过分析评价后采取了更具有针对性的预养护措施，路面病害情况明显改善，极大提升了路面使用性能。2017年5月，安哥拉国家公路局联合国家工程试验室对CN 项目全线进行了弯沉、平整度和基层完整性、路面破损状况检测，检测结果符合南部非洲规范要求，项目顺利通过业主最终验收，CN 项目也成为中资企业在该国首个按期终验项目。

5 预防性养护技术

5.1 微表处

微表处与稀浆封层类似，且在材料弹性和高低温性能、强度形成和抗滑西能上有显著改善，适用范围更广。一般适用于路面早期出现轻微病害情况，避免病害的发展，在预防性养护措施中使用较为普遍。

5.1.1 材料

微表处施工材料主要是改性乳化沥青、矿料、填料、添加剂、水和玻璃纤维，各项材料的性能应该满足规范要求。混合料的配合比设计应满足规范要求，并与项目环境和施工方案（单层或分层摊铺，是否车辙填充等）相适应。混合料按矿料粒径不同，可分为MS-2型（主要用于高等级公路罩面和车辙填充）和MS-3型（适用于二级及以下等级公路）。

5.1.2 施工工艺流程

施工准备（配合比、试验段、设备调试、原路面处理或补强）、路面清扫、测量放样、摊铺混合料、初期养护、开放交通。

5.1.3 注意事项

微表处摊铺机的拌和箱推荐大功率双轴强制拌和搅拌式，同时配有专用的V 型车辙摊铺槽。原路面整体结构强度不足的，不能直接采用罩面，必须根据情况选择合适的方法进行补强。微表处施工过程中关键环节较多，技术含量高，需对操作人员做专门系统培训，确保施工中的质量控制满足规范要求。初期养护较为重要，封闭期间禁止一切车辆和行人通行。

5.2 复合封层

复合封层是在碎石封层上在施工一层稀浆封层、微表处或薄层罩面的双层处置层技术。根据不同的道路状况，选择不同的复合封层方案，同时能发挥两种预防性养护措施的优点，达到更好的养护效果。目前，非洲地区使用较多的开普封层（CAPE SEAL），它是在碎石封层上进行微表处或稀浆封层，形成复合表面磨耗层。上层稀浆封层的使用，能够改善底层碎石封层石料早期脱落的问题，同时能够提高封层的防水性能和抗滑构造深度，改善路面其他和美观。最初开普封层主要用于低等级公路，但随着沥青材料的发展，以改性沥青或橡胶沥青碎石封层为底层的开普封层，在高等级公路养护中也有广泛应用。

5.2.1 材料

早期的开普封层主要使用中凝稀释沥青/乳化沥青碎石封层和稀浆封层，随着材料科技的发挥，橡胶沥青、SBS改性沥青在封层中广泛适用，稀浆封层中也多添加玻璃纤维，以改善封层的使用性能。石料、稀浆封层混合料均应满足规范要求，混合料配合比设计应充分考虑工程因素和施工因素。

5.2.2 施工工艺流程

先施工底层碎石封层，碎石封层施工完毕后，其表面干燥、不粘轮时即可摊铺稀浆封层，通常晴朗天气条件下，碎石封层与稀浆封层施工间隔时间24h。碎石封层和稀浆封层各自施工工艺仍应遵循其原有工艺要求。

5.2.3 注意事项

底层碎石封层集料粒径和上层稀浆封层混合料类型搭配相对固定，但不同国家运用有差异。美国国内多采用6mm～7mm单一粒径碎石封层，南非多采用10mm～12mm 单一粒径碎石封层。用于高等级路面养护，建议采用橡胶沥青，可以很好地抑制裂缝的反射。

5.3 薄层罩面

薄层罩面是一种具有较大构造深度、抗滑性能好的磨耗层，主要用于提高道路沥青表面层服务功能，厚度一般在25mmmm～35mm。薄层罩面适用于结构强度足够、沥青层表面状况尚好的路面，允许路面有轻微病害；多用于大交通量的路面及路面出现量大且范围广的非结构性病害情况。

5.3.1 材料

原材料和沥青混合料指标应满足规范要求。试验室检测项目和施工现场检测频率应符合规范要求。

5.3.2 施工工艺流程

由于罩面层较薄，混合料摊铺碾压过程中易冷却，同时需要控制振动碾压作业，避免集料碾压破碎。工艺控制重点为混合料设计、施工过程温度控制、压实机械选型和碾压方案制定。

5.3.3 注意事项

混合料摊铺时避免离析，确保摊铺和碾压温度，表面无明显轮迹。罩面成型后须根据混合料温度（＜50°C）控制开放交通时间。罩面层横坡应与整幅路面保持一致，避免路面横向排水顺畅。

6 结语

预防性养护的良好经济效益已经得到公路基础设施行业各方的认可，相关技术的运用已经日趋普遍。预防性养护的关键在于“及时介入”，即对拟养护路面进行宏观和微观评价确定养护时机。养护效果的发挥取决于能否“对症下药”，即根据评价结果，综合考虑技术、经济和适用性，灵活地选用最佳预养护技术。以安哥拉CN项目为例，详细分析了预养护技术的决策和使用后效果，决策流程和养护技术在南部非洲地区比较具有典型性，可供其他项目参考。