論我國在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題

1、論我國在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題        【關(guān)鍵詞】：路面設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)；瀝青  【論文摘要】：長期以來，我們一直在強(qiáng)調(diào)我國的國情與國外的不同，必需一切從我國國情的實(shí)際出發(fā)去解決問題。這個(gè)論點(diǎn)看似很對(duì)，但卻不可普遍應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。比如在我國的公路建設(shè)中，我們只注重對(duì)硬件的引進(jìn)，卻沒有在引進(jìn)國外的技術(shù)上花功夫，一直使用自己的研究成果去解決問題，結(jié)果在浪費(fèi)大量的人力財(cái)力之后，問題不但沒有得到解決，相反卻更加的嚴(yán)重。文章以在公路建設(shè)中使用瀝青為例，談?wù)勎覈诼访嬖O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中存在的問題。   

2、 一、 引進(jìn)成熟技術(shù)的必要性    以我國瀝青路面的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)為例，我們的許多做法與國際上通行的做法不同，并沒有取得良好的效果。國際上絕大部分國家早在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路段的常用的路面結(jié)構(gòu)，而惟有我國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)，惟有我國鐘情于表面彎沉這個(gè)指標(biāo)，其他指標(biāo)實(shí)際上都沒有作用。其他還有許許多多與國際上不一致的地方，遺憾的是多半多被自己認(rèn)為是最先進(jìn)的。     二、我國在公路結(jié)構(gòu)

3、設(shè)計(jì)中的弊端    我國最早修建的京津塘高速公路，當(dāng)時(shí)基本上是參照國際上的路面結(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外的結(jié)構(gòu)，這2條高速公路使用10余年來，情況基本良好。京津塘高速公路的外國監(jiān)理在我國開了一個(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，開始了具有我國特點(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)

4、工程比比皆是，經(jīng)常是獎(jiǎng)狀到手，路也壞了。  我國是世界上第一個(gè)采用彈性層狀體系進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)的國家，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，在新的時(shí)期，我們應(yīng)向社會(huì)、向人民、向國家交一份什么樣的產(chǎn)品

5、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)的大問題?！?#160;交通部部長張春賢在2004年全國交通工作會(huì)議上說，“質(zhì)量是工程的生命，更是一個(gè)行業(yè)的生命。如果幾年后我國建成的幾萬公里高速公路沒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)我們看到張部長的這一段講話時(shí)不覺汗顏?，F(xiàn)在許多地方都在進(jìn)行高速公路大修，而且多半是“開膛破肚連根拔式”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

6、類型及原因    交通部公路研究所承擔(dān)的交通部西部大開發(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

7、位、排水設(shè)計(jì)不合理有關(guān)，而且往往有嚴(yán)重的超限超載車輛通過，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)車轍。  2. 早期

8、損壞。指普遍達(dá)不到路面設(shè)計(jì)要求的設(shè)計(jì)年限，更不能與國際上更長的設(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，較長時(shí)間的損壞則具有某種共性，這種影響相對(duì)來說要更大些。我們決不能對(duì)我國瀝青路面的耐久性差、使用壽命短的問題熟視無睹。    四、對(duì)公路損壞的防

9、治    在經(jīng)過認(rèn)真的思考和研究之后，普遍認(rèn)為這種情況與我國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)問題上，我們也需要放眼世界。縱觀國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)類型，而我們則一直混淆不清。名義上鋪筑的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料基層，卻做成類似于貧混凝土的強(qiáng)度，卻又沒有按貧混凝土的方法去做。即使同樣稱為半剛性基層的

10、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。這些問題現(xiàn)在已經(jīng)開始引起普遍的重視，開始關(guān)注對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)問題的研究，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、國際公路建造經(jīng)驗(yàn)    國際上在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”，后來，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)，有些無法克服。  1         

11、1. 半剛性基層的收縮開裂及由此引起瀝青路面的反射性裂縫輕重不同地存在。在國外普遍采取對(duì)裂縫進(jìn)行封縫，而在量繁重或者高速公路上，這種封縫工作十分困難。而在我國，日前根本沒有發(fā)現(xiàn)裂縫就進(jìn)行瀝青封縫的習(xí)慣，因而開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，還有多種來源?？梢哉f，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“水”是造成瀝青路面

12、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)重載車來說具有更大的軸載敏感性。重載車換算為標(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)半剛性基層來說，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1215次方。軸載加大1倍，對(duì)柔性基層的換算軸次

13、是增大16倍，而對(duì)半剛性基層可能要變?yōu)閿?shù)十萬次。也就是說同樣的超載車對(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有愈合的能力，且無法進(jìn)行修補(bǔ)。其層一旦破壞，便無可救藥，除了挖掉重建，另無他法，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，無論是直接暴露還是鋪上一層下面層過冬，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

14、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4050年以上、采用較厚的瀝青層柔性路面，降低傳統(tǒng)的瀝青層底開裂和避免結(jié)構(gòu)性車轍。由于瀝青層相對(duì)較厚，傳統(tǒng)的疲勞開裂可能性大大降低，路面的損壞主要位于面層的頂部（25100毫），一旦道路表面損壞達(dá)到臨界水平，其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，并企圖無限期地使用下去。  根據(jù)以前的

15、室內(nèi)疲勞方程和力學(xué)設(shè)計(jì)程序，無論瀝青結(jié)構(gòu)層多厚，結(jié)構(gòu)都會(huì)必然產(chǎn)生疲勞開裂、車轍。而最新的理論發(fā)現(xiàn)當(dāng)瀝青層超過一定厚度時(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裂和結(jié)構(gòu)性車轍。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)軸次超過一定次數(shù)后，瀝青層厚度無須增加。也就是說，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裂、車轍、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預(yù)防性養(yǎng)護(hù)得以補(bǔ)救。  這種長壽命路面在美國、英國、澳大利亞都進(jìn)行了一定的研究和實(shí)踐，也已經(jīng)引起了我國學(xué)者的注意，有的省正在開展這方面的研究，鋪筑試驗(yàn)路，這是件很有意義的工作。  路面早期損壞的