蔣振雄

(江蘇省交通工程建設(shè)局，江蘇 南京 210004)

0 引言

改革開放40年，我國交通事業(yè)發(fā)展日新月異，公路建設(shè)實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。在瀝青路面結(jié)構(gòu)組合以及材料方面進(jìn)行了大量研究、探索與實踐，促進(jìn)了高速公路建設(shè)水平的提升[1-3]。截至2018年，全國高速公路建設(shè)總里程達(dá)14.26萬公里，公路建設(shè)實現(xiàn)了“量”的極大積累，而站在新時代的發(fā)展全局，實現(xiàn)公路建設(shè)“質(zhì)”的進(jìn)一步飛躍，則成為新時期公路建設(shè)目標(biāo)。

江蘇省高速公路建設(shè)歷史已經(jīng)超過20 a，在瀝青路面建設(shè)和使用過程中，有效解決了早期的水損害、反射裂縫發(fā)展過快等問題，所采用的典型半剛性基層路面結(jié)構(gòu)總體上應(yīng)用良好，有效促進(jìn)了江蘇省高速公路建設(shè)水平的提升[4-5]。而隨著國家“交通強(qiáng)國”戰(zhàn)略的提出及“品質(zhì)工程”打造的需求，社會對高速公路瀝青路面建設(shè)質(zhì)量的要求也越來越高。如何提升道路使用品質(zhì)，延長瀝青路面使用壽命，成為當(dāng)前人們所關(guān)注的熱點問題。

回顧過往，在江蘇省高速公路建設(shè)事業(yè)發(fā)展過程中，高速公路瀝青路面建設(shè)質(zhì)量和技術(shù)水平一直名列全國前茅，并且率先采用改性瀝青等新型路面技術(shù)，引領(lǐng)了全國使用風(fēng)潮[6]。國內(nèi)某些省份剛提出瀝青路面“8年不大修”的奮斗目標(biāo)時，江蘇省高速公路瀝青路面已經(jīng)基本實現(xiàn)10年無大修，十一五期間，江蘇省“十年路面百年橋”的品牌已經(jīng)叫響全國。

而在新時期，為了響應(yīng)國家高質(zhì)量發(fā)展的號召，進(jìn)一步提升瀝青路面建設(shè)水平，江蘇省交通工程建設(shè)局基于省內(nèi)以往半剛性基層瀝青路面的成功經(jīng)驗，結(jié)合新時期瀝青路面建設(shè)面臨的形勢，于2019年2月23日召開的江蘇省高速公路瀝青路面技術(shù)研討會上，提出了“雙十路面百年橋”的建設(shè)目標(biāo)，這一目標(biāo)的提出，對瀝青路面設(shè)計、施工、運營期的質(zhì)量和技術(shù)都提出了高標(biāo)準(zhǔn)的要求，但是如何實現(xiàn)該目標(biāo)還需進(jìn)一步進(jìn)行研究：

其一，對現(xiàn)有道路服役狀態(tài)及存在的問題缺乏深入評估與分析。路面在車輛的長期荷載及環(huán)境變化的循環(huán)作用下，不可避免地出現(xiàn)車轍、開裂等問題，常規(guī)主要對路面基本性能和病害狀況進(jìn)行簡單分析，但是對道路服役狀態(tài)、病害特征、破壞機(jī)理并未進(jìn)行深入研究，因此無法對江蘇省高速公路使用效果形成準(zhǔn)確的認(rèn)識，不能全面掌握當(dāng)前路面存在的問題，從而為未來瀝青路面建設(shè)提供優(yōu)化方向。

其二，當(dāng)前所提出的“廿年路面”的基本內(nèi)涵尚不明確?，F(xiàn)階段所提出的“廿年路面”概念還較為籠統(tǒng)，并且對于“何為廿年路面”這一核心問題并未作出詳細(xì)解釋，即尚未回答“廿年路面”的具體涵義。究其原因在于傳統(tǒng)路面壽命的定義較為模糊，沒有明確定義道路使用壽命的終止?fàn)顟B(tài)，并且對廿年瀝青路面的使用性能和養(yǎng)護(hù)方面的要求也并不明晰。

其三，廿年瀝青路面建設(shè)缺乏科學(xué)明確的技術(shù)發(fā)展路徑。對瀝青路面結(jié)構(gòu)、材料、設(shè)計、施工過程的技術(shù)發(fā)展需求不清楚，各階段所需要突破的關(guān)鍵環(huán)節(jié)不明確，并且亦不能以一種系統(tǒng)性思維來對不同階段的技術(shù)進(jìn)行聯(lián)動發(fā)展，開展頂層規(guī)劃。

綜上，通過對江蘇省高速公路瀝青路面的服役效果進(jìn)行深入總結(jié)，明確江蘇省現(xiàn)役路面存在的問題；基于此，考慮路面實際使用需求，分別從交通條件、服役狀態(tài)等實際需求出發(fā)，明確定義廿年瀝青路面內(nèi)涵；然后以20 a壽命為高速公路瀝青路面建設(shè)目標(biāo)，分別從關(guān)鍵控制指標(biāo)、路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料優(yōu)化與開發(fā)、施工管控以及示范工程等方面系統(tǒng)性進(jìn)行研究，建立整體研究框架，思考廿年路面實現(xiàn)的技術(shù)路徑。

1 我國典型瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

改革開放以來，我國高速公路事業(yè)不斷發(fā)展，瀝青路面建設(shè)取得了突出的成就[7-9]。瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程經(jīng)歷了4個階段,如圖1所示。

第1階段：1996年以前，在借鑒國外成功經(jīng)驗以及開展國內(nèi)前期探索的基礎(chǔ)上，我國早期高速公路路面結(jié)構(gòu)形式為“強(qiáng)基薄面”的半剛性基層瀝青路面，即瀝青層一般較薄，一般為14～15 cm，并且表面瀝青層采用普通瀝青AK型抗滑表層、中面層采用密級配的普通瀝青AC型混合料、下面層大多采用粗粒式瀝青混凝土(LH)，而基層則主要為二灰穩(wěn)定碎石。這一階段瀝青路面質(zhì)量均較好，并且由于交通軸載較小，路面損壞狀況較少。

第2階段：1996—1999年，我國高速公路建設(shè)進(jìn)入全面發(fā)展期，在總結(jié)上一階段建設(shè)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，瀝青面層厚度有所增加，約為16 cm，瀝青面層與基層材料類型與上一階段相似。特別的是，該階段開始引入SMA技術(shù)。這一階段路面交通軸載相對變重，路面出現(xiàn)了以水損害為主的病害形式。

第3階段：2000—2005年，針對路面普遍存在的水損害問題，在材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)排水及施工等方面開展大量研究。在這一階段，瀝青面層主要為17～18 cm，且單層改性和雙層改性瀝青層結(jié)構(gòu)被投入使用，表面瀝青層級配和材料設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，而基層則普遍采用水泥穩(wěn)定碎石。在這一階段路面質(zhì)量得到顯著提升，水損害問題基本得以解決，但是車轍問題突出。

第4階段：2005年以后，隨著瀝青結(jié)構(gòu)和材料技術(shù)的不斷發(fā)展，針對瀝青路面車轍問題，改性瀝青和SMA技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。并且針對路面裂縫問題，進(jìn)一步對瀝青面層進(jìn)行加厚，江蘇、山東等省份開展柔性基層以及組合式基層研究。

圖1 我國典型瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

2 江蘇省瀝青路面建設(shè)現(xiàn)狀分析

2.1 總體情況

自20世紀(jì)90年代以來，江蘇省的高速公路建設(shè)取得了巨大的成就。截止到2018年底，江蘇省高速公路通車總里程達(dá)4 748 km，高速公路密度居全國第一，通車總里程居全國前列,如圖2所示。在20多年的建設(shè)發(fā)展過程中，主要采用半剛性基層瀝青路面作為路面結(jié)構(gòu)形式，積累了大量的成功經(jīng)驗。其中，基層結(jié)構(gòu)類型由“二灰碎石-普通水穩(wěn)碎石-抗裂水穩(wěn)碎石”逐步優(yōu)化，并且近年來也在組合式基層瀝青路面結(jié)構(gòu)方面做了一些探索與實踐,如表1所示。從整體路況來看，路面平均技術(shù)狀況指數(shù)(MQI)在96以上，道路技術(shù)狀況優(yōu)良率達(dá)100%，性能變化較為穩(wěn)定,如圖3所示。

圖2 江蘇省高速公路歷年通車?yán)锍套兓?/p>

2.2 當(dāng)前瀝青路面建設(shè)所面臨的形勢

回顧我國高速公路的使用狀態(tài)，在建設(shè)發(fā)展過程中，公路建設(shè)取得了很大的成就，但是現(xiàn)役路面建設(shè)仍存在如下問題，對路面耐久性、服務(wù)水平產(chǎn)生不利影響，需進(jìn)一步完善[10]：

(1)瀝青路面使用性能有待提升

當(dāng)前路面的車轍問題持續(xù)存在，半剛性基層反射裂縫較為密集，路表抗滑性能存在下降趨勢，并且結(jié)構(gòu)內(nèi)部層間粘結(jié)不良,如圖4所示。

表1 不同基層類型典型高速公路

圖3 江蘇省高速公路路面性能狀況

圖4 瀝青路面使用性能狀況

(2)現(xiàn)有的瀝青路面設(shè)計理論與方法不夠健全

我國瀝青路面設(shè)計壽命總體上是從結(jié)構(gòu)層疲勞角度進(jìn)行定義，但是當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)計使用壽命末期，各結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)全面破壞的情況仍非常少見，一般主要是瀝青面層的功能性損壞和基層的反射裂縫，因此，設(shè)計壽命與實際使用壽命并不匹配。

(3)材料性能與路面實際需求匹配性有待提升

目前，我國在材料優(yōu)化設(shè)計方面做了大量工作，但是路面結(jié)構(gòu)層材料性能與實際層位需求的匹配性尚不夠明確，并且所優(yōu)化設(shè)計的材料性能無法滿足路面結(jié)構(gòu)的功能需求。

(4)道路原材料質(zhì)量波動性增加

瀝青、集料等原材料質(zhì)量受到加工工藝、材料來源、管理機(jī)制、市場體制等多方面因素的影響，在不同程度上對瀝青混合料性能造成影響。

(5)信息化技術(shù)有待高效應(yīng)用

缺乏對原材料、生產(chǎn)、管理(質(zhì)量、安全、進(jìn)度)等路面建設(shè)全過程的精細(xì)化把控，智能化和信息化管理技術(shù)有待提升和推廣。

3 廿年瀝青路面定義

3.1 概念

通過對AASHTO指南、法國LCPC、國內(nèi)幾個版本的設(shè)計規(guī)范進(jìn)行調(diào)研[11-13]，分析國內(nèi)外瀝青路面“壽命”定義，并且參考長壽命瀝青路面的概念[14]，考慮我國瀝青路面的設(shè)計需求，對廿年瀝青路面進(jìn)行定義：在規(guī)定交通條件下，通過科學(xué)的設(shè)計、施工和運營，在設(shè)計年限(20 a)內(nèi)保持良好的服役狀態(tài)，15 a無大修，僅需根據(jù)表面層損壞狀況進(jìn)行周期性修復(fù)而基層保持穩(wěn)定的瀝青路面。

3.2 內(nèi)涵

在總費用上，初期建設(shè)費用相對較高，日常養(yǎng)護(hù)費用較少，總費用效益比最大；

在設(shè)計年限上，至少使用20 a，減少了重建的幾率；

在損壞模式上，路面的損壞只發(fā)生在表層，如表面開裂，小車轍等，不存在結(jié)構(gòu)性破壞；

在養(yǎng)護(hù)維修上，只需日常養(yǎng)護(hù)，不需進(jìn)行結(jié)構(gòu)性大修。

3.3 設(shè)計理念

圖6 廿年瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究框架

基于變壽命設(shè)計理念[15]，考慮不同結(jié)構(gòu)層的功能及維修難易程度，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層自上而下設(shè)計壽命遞增的設(shè)計,如圖5所示。上面層的設(shè)計壽命為15 a，中下面層的設(shè)計壽命為20 a，基層設(shè)計壽命為30～40 a，而路基設(shè)計壽命應(yīng)按永久性路基考慮。在整個路面壽命周期內(nèi)，路面翻修次數(shù)從上至下逐漸減少，而非現(xiàn)行等壽命設(shè)計理念所設(shè)定的路面使用末期各結(jié)構(gòu)層同時損壞、翻修。而且中面層通過材料與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，施工質(zhì)量的精細(xì)化管理，其使用壽命達(dá)到20 a是完全可行的。

圖5 廿年瀝青路面設(shè)計理念

4 廿年瀝青路面技術(shù)框架

采用理論分析、現(xiàn)場檢測、室內(nèi)試驗、模型搭建、工程應(yīng)用、跟蹤反饋等綜合性手段，并始終堅持調(diào)研→評價→理論分析→實踐→分析論證與調(diào)整→再實踐的基本思路，形成如圖6所示的技術(shù)框架。

5 廿年瀝青路面發(fā)展路徑

廿年瀝青路面關(guān)鍵技術(shù)研究直接關(guān)聯(lián)新時期高速公路瀝青路面建設(shè)的高質(zhì)量發(fā)展，對高速公路瀝青路面管理、設(shè)計、施工、養(yǎng)護(hù)等各個方面均有著重大指導(dǎo)意義和實際影響，是一個涉及理論依據(jù)、結(jié)構(gòu)組合、路面材料、施工技術(shù)、工程應(yīng)用等多方面的系統(tǒng)性問題，有必要分階段分方向的開展研究。

(1)關(guān)鍵控制指標(biāo)

在當(dāng)前階段，最為緊迫的是要對“廿年路面”關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)行頂層設(shè)計，基于廿年路面基本內(nèi)涵，理清路面設(shè)計期、施工期和運營期養(yǎng)護(hù)等不同階段的需求及關(guān)鍵指標(biāo)，從而形成總體技術(shù)路線，為“廿年瀝青”研究奠定基礎(chǔ),如圖7所示。

圖7 關(guān)鍵控制指標(biāo)

(2)路面結(jié)構(gòu)組合

結(jié)合當(dāng)前半剛性基層瀝青路面的使用經(jīng)驗，考慮路面固有的技術(shù)缺陷[16-18]，對現(xiàn)有強(qiáng)基薄面式的路面結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并對組合式基層、強(qiáng)基全柔性基層等新型路面結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行探索。

圖8 路面結(jié)構(gòu)組合

(3)原材料管控與適應(yīng)

考慮加工工藝、材料來源、管理機(jī)制、市場體制等因素影響，瀝青、集料等原材料質(zhì)量不可避免的產(chǎn)生波動性，一方面需對原材料質(zhì)量進(jìn)行系統(tǒng)管控，另一方面要對原材料質(zhì)量波動條件下的混合料性能保障技術(shù)亟需開展研究，開發(fā)高兼容性瀝青混合料設(shè)計方法。

(4)混合料性能提升

如圖9所示,考慮結(jié)構(gòu)與功能的匹配性，基于“抗車轍、抗開裂、抗疲勞”性能優(yōu)化需求，設(shè)計開發(fā)復(fù)合高模量、巖瀝青復(fù)合改性、超吸水樹脂基層、裂縫阻斷層等高性能材料，并且考慮面向未來優(yōu)化使用的需求，推薦適用的瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料。

圖9 材料性能提升

(5)精細(xì)化施工管控

瀝青路面施工過程中有效監(jiān)控與決策是高質(zhì)量路面形成的關(guān)鍵。而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，瀝青路面施工質(zhì)量控制技術(shù)也在向智能化方向發(fā)展，從施工信息化和道路3D施工的角度出發(fā)，開展精細(xì)化施工質(zhì)量管控技術(shù)研究，開發(fā)瀝青路面施工過程高效動態(tài)監(jiān)控技術(shù)，創(chuàng)建瀝青路面智能信息管控平臺，實現(xiàn)瀝青路面養(yǎng)護(hù)管控動態(tài)化、互動化、智能化,如圖10所示。

圖10 施工過程高效動態(tài)監(jiān)控平臺

(6)示范工程

基于廿年路面關(guān)鍵技術(shù)的確定，開展示范工程實施，并對混合料投料、拌和、運輸、攤鋪、碾壓等過程中的工藝參數(shù)控制，進(jìn)行施工工藝進(jìn)行研究。并進(jìn)行工后追蹤觀測，進(jìn)一步進(jìn)行驗證及優(yōu)化。

6 結(jié)論

基于高速公路瀝青路面建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的需求，闡述了我國瀝青路面結(jié)構(gòu)發(fā)展的四階段特征，并總結(jié)了江蘇省半剛性基層瀝青的建設(shè)經(jīng)驗及現(xiàn)有瀝青路面建設(shè)所面臨的形勢，然后提出了以20 a壽命高速公路瀝青路面為目標(biāo)，進(jìn)一步圍繞基本內(nèi)涵、關(guān)鍵控制指標(biāo)、路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料優(yōu)化與開發(fā)、施工管控以及示范工程等方面開展研究思路，建立江蘇省廿年瀝青路面技術(shù)框架，并對發(fā)展路徑進(jìn)行思考。廿年瀝青路面的研究，對提高瀝青路面建設(shè)水平，保障路面建設(shè)質(zhì)量，具有重要的指導(dǎo)意義。