高速公路瀝青路面的機(jī)械化養(yǎng)護(hù)

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我國(guó)的高速公路白20世紀(jì)80年代開(kāi)始建設(shè)以來(lái)，從無(wú)到有，得到了迅速的發(fā)展。所謂高速公路，即為目前公路等級(jí)最高的道路形式，亦是典型的高等級(jí)道路。雖然路面形式多種多樣，但基于瀝青路面具有施工容易、快速開(kāi)放交通、行車舒適、平整度好及修建成本較低、養(yǎng)護(hù)工程易于施工等特點(diǎn)，所以我國(guó)目前的高等級(jí)路面以瀝青路面為主。瀝青路面在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，由于車輛的反復(fù)作用及氣候的長(zhǎng)年影響，必然會(huì)出現(xiàn)多種多樣的損壞。同時(shí)，由于某些地區(qū)（如山西、內(nèi)蒙）等煤炭外運(yùn)地區(qū)雕以避免的車輛超載運(yùn)行及某些公路修建質(zhì)量的不盡如人意，難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求等原因，更加快了道路病害的產(chǎn)生。另外，對(duì)于半剛性的瀝青路面來(lái)說(shuō)，由于行車碾壓密實(shí)度和半剛性基層材料強(qiáng)度隨路齡增長(zhǎng)而變化，其強(qiáng)度和剛度在使用初期（1～2年）呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，表現(xiàn)在整體回彈彎沉的降低。此后，由于路面材料的逐漸疲勞，其強(qiáng)度和剛度逐年降低。

　　由于以上原因，高等級(jí)瀝青路面的各種病害，如坑槽、擁包及松散為代表的損壞會(huì)不斷出現(xiàn)。若不及時(shí)修補(bǔ)恢復(fù)，高等級(jí)公路路面的服務(wù)質(zhì)量會(huì)大大下降。同時(shí)，小的局部損壞會(huì)因時(shí)間的延長(zhǎng)而擴(kuò)大，甚至影響到路面基層，進(jìn)而大幅提升路面修補(bǔ)工程的難度和成本。與普通瀝青路面相比較，高速公路的養(yǎng)護(hù)作業(yè)有自己的特點(diǎn)。

　　預(yù)防性：

　　預(yù)防性養(yǎng)護(hù)可以延緩由交通和環(huán)境載荷的作用而引起的路面性能的惡化，延長(zhǎng)路面的使用壽命。

　　復(fù)原性：

　　復(fù)原性是指經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)維修后的路面應(yīng)該完全恢復(fù)路面原有的使用性能，亦即其平整度、摩擦性能、承載能力、噪聲等使用性能應(yīng)滿足高速公路快速、安全、舒適的基本要求，而不能因養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)而有所下降。

　　補(bǔ)強(qiáng)性：

　　高速公路的養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)還往往帶有彌補(bǔ)原有路面強(qiáng)度不足的要求，這就是所謂的補(bǔ)強(qiáng)作用。補(bǔ)強(qiáng)不僅是增強(qiáng)原有路面的薄弱環(huán)節(jié)，而且還常常處于對(duì)延長(zhǎng)路面的壽命以及滿足日益增長(zhǎng)的交通流量的考慮。原有路面的設(shè)計(jì)交通流量由于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)而很快被突破，這種情況是常有的事，有時(shí)在設(shè)計(jì)路面時(shí)為了減少初期投資而有意識(shí)地減弱路面的強(qiáng)度，這是因?yàn)楦咚俟方ǔ墒褂玫某跗诮煌恳话悴粫?huì)太大，但會(huì)隨著時(shí)間而增加，交通量增加到一定程度時(shí)，再在原有路面上加鋪第二層罩面。

　　由于上述特點(diǎn)，高速公路的日常養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)計(jì)、配置及使用工藝應(yīng)根據(jù)這些特點(diǎn)作為基本依據(jù)。特別是上述的養(yǎng)護(hù)作業(yè)，由于高速公路車流量大、速度快，且封閉交通的特點(diǎn)，養(yǎng)護(hù)作業(yè)必須作到“三快”，即快速進(jìn)入、快速作業(yè)和快速轉(zhuǎn)移。同時(shí)，高速公路有線長(zhǎng)（路線長(zhǎng)）點(diǎn)少（養(yǎng)護(hù)基地少）的特點(diǎn)。顯然養(yǎng)護(hù)機(jī)械的配置可分為路上作業(yè)機(jī)械和為路上作業(yè)機(jī)械供料的料場(chǎng)設(shè)備兩個(gè)主要部分。

　　料場(chǎng)機(jī)械配置

　　料場(chǎng)是為完成日常養(yǎng)護(hù)的路上作業(yè)機(jī)械供料的基地，它包括集料篩分儲(chǔ)存、瀝青儲(chǔ)存加熱裝置和烘干攪拌設(shè)備等部分。

　　集料篩分儲(chǔ)存

　　高等級(jí)瀝青路面是由不同粒徑的骨料和石粉，配以瀝青混合而成。因此，料場(chǎng)應(yīng)有4～5種骨科及粉料的篩分裝置及儲(chǔ)存場(chǎng)地。這個(gè)場(chǎng)地及其設(shè)備應(yīng)有防雨措施，否則過(guò)高的含水量將會(huì)大大增加烘干時(shí)的燃料耗用量。

　　瀝青儲(chǔ)存加熱裝置

　　眾所周知，我們目前使用的瀝青大多為普通石油瀝青，常溫下是固態(tài)。因此，只有加熱至使用溫度才能使用。目前，我國(guó)的高速公路絕大多數(shù)采用改性瀝青鋪筑，料場(chǎng)的瀝青應(yīng)采用改性瀝青。但改性瀝青在儲(chǔ)存及運(yùn)輸過(guò)程中易于離析（基質(zhì)瀝青及改性劑），因此，筆者認(rèn)為，高速公路的養(yǎng)護(hù)料場(chǎng)應(yīng)有中小型改性瀝青制作設(shè)備（其產(chǎn)量應(yīng)與自己的使用量相匹配）隨用隨做。另外，作為典型的高分子材料，瀝青在高溫（工作溫度）狀態(tài)下長(zhǎng)期保存易于老化，所以瀝青的儲(chǔ)存裝置應(yīng)采用大罐低溫儲(chǔ)存（≤1OO℃ ）和小罐出料（16O～17O℃ ）用于作業(yè)的配置，而改性瀝青最好作到隨做隨用。這種配置和工藝將會(huì)盡可能避免瀝青的老化及改性瀝青離析現(xiàn)象的出現(xiàn)。

　　烘干攪拌設(shè)備

　　高速公路的瀝青混和料制作設(shè)備與常規(guī)攪拌裝置相似，但必須采用強(qiáng)制間歇攪拌裝置和較高計(jì)量精度的瀝青計(jì)量系統(tǒng)，以保持。生產(chǎn)的瀝青混和料（瀝青混凝土材料）符合高速公路的常規(guī)指標(biāo)。烘干攪拌設(shè)備的作業(yè)效率與日常養(yǎng)護(hù)工程所需材料應(yīng)相匹配，而機(jī)器的生產(chǎn)量顯然與本單位養(yǎng)護(hù)的路面長(zhǎng)度、寬度、公路等級(jí)及道路通車年限有關(guān)。同時(shí)道路承擔(dān)的運(yùn)輸載荷、車流量及道路所在的自然條件（山區(qū)、坡度及線性）都有直接的關(guān)系。經(jīng)大量調(diào)查統(tǒng)計(jì)的資料分析，可提出如下概算公式作為烘干拌和設(shè)備生產(chǎn)量選取的估算參考。

　　當(dāng)公路通車n年時(shí)，整條公路修補(bǔ)所需材料（混和料）總量M 為：

　　M=L△（n-1）^1.5 ashq

　　式中：M—— 通車九年時(shí)，當(dāng)年所需 混和料總量，t

　　|L—— 養(yǎng)護(hù)里程，km

　　△— — 公路修筑質(zhì)量及線形綜合系數(shù)，一般可取1.2～2.0.山區(qū)較大坡度的重載高速公路，可取大值，反之相反

　　n——通車年數(shù)，取正整數(shù)

　　a——通車第2年時(shí)，每千米的損壞處數(shù)

　　s——每處損壞的面積，可取平均值，m²

　　h——面層厚度，m

　　q—— 瀝青混凝土材料比重，t／m³

　　由上式可以看出，隨著公路通車年限延長(zhǎng)，道路損壞會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，所需要的瀝青混和料會(huì)逐年增多。烘干攪拌設(shè)備產(chǎn)量的選擇應(yīng)根據(jù)自己?jiǎn)挝坏膶?shí)際情況及養(yǎng)護(hù)理念綜合考慮。

　　路上作業(yè)機(jī)械

　　高速公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)工程的路上作業(yè)機(jī)械一般包括多功能養(yǎng)護(hù)車（以下簡(jiǎn)稱養(yǎng)護(hù)車）及其附屬設(shè)備（主要是材料保障和運(yùn)輸設(shè)備）。通常意義上的養(yǎng)護(hù)車應(yīng)完成損壞路面的破碎、瀝青混和料制作或儲(chǔ)運(yùn)、路面壓實(shí)和瀝青（基質(zhì)瀝青或乳化瀝青）存儲(chǔ)、加熱及噴灑等基本功能。有些養(yǎng)護(hù)車還具有路面加熱、舊料回收再利用及小型銑刨功能。但基于高速公路的諸多特點(diǎn)，筆者認(rèn)為目前高速公路的路面養(yǎng)護(hù)的某些現(xiàn)行做法值得商榷。

　　路面材料

　　目前，很多高速公路養(yǎng)護(hù)中采用的普通（非改性）瀝青混和料用多特點(diǎn)，筆者認(rèn)為目前高速公路的路面養(yǎng)護(hù)的某些現(xiàn)行做法值得商榷。

　　路面材料目前，很多高速公路養(yǎng)護(hù)中采用的普通（非改性）瀝青混和料用于坑槽及其他病害鏟挖后的充填，但整個(gè)路面大多采用的是改性瀝青（ABS、SBR、PE等），所以使新補(bǔ)路面的強(qiáng)度明顯弱于周圍路面，其結(jié)果往往使修補(bǔ)路面很快又出現(xiàn)損壞。

　　路面加熱修補(bǔ)路面加熱修補(bǔ)可以使原有路面材料再生利用，其優(yōu)點(diǎn)是不言而喻的。但目前養(yǎng)護(hù)車采用的加熱機(jī)理大多為可見(jiàn)光、混合加熱（紅外與可見(jiàn)光）等。在野外環(huán)境下，加熱溫度不易掌握，而加熱基體表面溫度往往高于1000 ℃以上，所以加熱時(shí)路面瀝青材料易于老化。而原路面病害部分的材料本已出現(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)再與新料混合后更難以掌握其油石配比及強(qiáng)度指標(biāo)，所以經(jīng)加熱修補(bǔ)后的修補(bǔ)部分易于損壞是必然的。

　　保溫料箱材料的加熱養(yǎng)護(hù)車裝載足量的符合要求的瀝青混和料用于填充病害坑槽是十分必要的，但目前不少工程單位采用常溫混和料充入料箱進(jìn)行加熱后使用的工藝就值得研究了。眾所周知，瀝青混和料的各種組分材料均為不良熱導(dǎo)體，其加熱過(guò)程大多是熱傳導(dǎo)在起作用，在較大的加熱深度和料量前提下，其加熱周期較長(zhǎng)（一般達(dá)8h以上），加熱死角的存在亦使加熱均勻度差。因此，其加熱過(guò)程出現(xiàn)的老化問(wèn)題難以避免。有時(shí)，若將每次用不完的混和料下次再用，更加加劇了其老化程度。用這樣的材料修補(bǔ)面層，其表面強(qiáng)度難以保證。

　　就地制作混和料目前，不少的養(yǎng)護(hù)車上配置了小型烘干拌和設(shè)備作為流動(dòng)基地制作混和料。這種簡(jiǎn)易型的設(shè)備對(duì)油石比的控制極難掌握，而大多采用的滾筒跌落式攪拌機(jī)無(wú)法制作高質(zhì)量的瀝青混凝土。這類設(shè)備用于高速公路養(yǎng)護(hù)工程顯然無(wú)法保證作業(yè)質(zhì)量。更有甚者，筆者曾在某高速公路的養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中見(jiàn)到以柴油燃燒為加熱方式的滾筒式烘干機(jī)用于瀝青混和料的現(xiàn)場(chǎng)烘干再用。當(dāng)約1 300 ℃以上的可見(jiàn)光火焰與滾筒中的混和料接觸時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)便可將混合料中的瀝青老化，其瀝青質(zhì)和其他輕質(zhì)油分會(huì)變成結(jié)碳形式存在。從理論上講，這種材料是不可再用的。

　　上述現(xiàn)象的存在大大影響了高速公路的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，只有采取對(duì)應(yīng)措施才能改變這種狀況。我們認(rèn)為，采用機(jī)動(dòng)性好，具有一定乘坐條件的多功能養(yǎng)護(hù)車用于高速公路的快速養(yǎng)護(hù)是正確的。這種養(yǎng)護(hù)車應(yīng)具備舊路破碎、保溫料箱、高溫瀝青儲(chǔ)存及噴灑、小型壓實(shí)機(jī)具及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。亦可配裝紅外輻射路面加熱裝置，但應(yīng)根據(jù)道路老化情況慎重使用。但在機(jī)具配置和養(yǎng)護(hù)作業(yè)工藝上應(yīng)作如下改進(jìn)。一是采用車載保溫型混和料箱，但加熱方式應(yīng)采用溫度較低（≤200 ℃）的導(dǎo)熱油系統(tǒng)并輔以較好的保溫措施。加入的混和料應(yīng)是剛拌和的新的熱料，且每次加料應(yīng)以當(dāng)班用量為佳，盡量減少使用（加熱）次數(shù)。二是混和料應(yīng)采用改性瀝青混和料。這些料應(yīng)在高速公路養(yǎng)護(hù)單位設(shè)立的中小型料場(chǎng)制作，嚴(yán)格掌握骨料組分和油石配比。料場(chǎng)的單次生產(chǎn)量應(yīng)以當(dāng)次車載量為準(zhǔn)，即隨生產(chǎn)隨使用，盡量減少積壓。三是由于改性瀝青在儲(chǔ)存和運(yùn)輸時(shí)易于離析，故改性瀝青設(shè)備及生產(chǎn)應(yīng)與烘干拌和設(shè)備協(xié)同作業(yè)。四是壓實(shí)機(jī)具應(yīng)采用振動(dòng)壓路滾，其壓實(shí)激振力應(yīng)大于12kN，從而保證壓實(shí)密實(shí)度，因板式振動(dòng)器單位壓實(shí)力較小而不宜采用。

　　本文基于目前我國(guó)高速公路養(yǎng)護(hù)工程情況及現(xiàn)實(shí)需要而撰，很多見(jiàn)解是筆者長(zhǎng)期從事該項(xiàng)工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)而來(lái)。隨著我國(guó)高速公路的快速發(fā)展及公路修建養(yǎng)護(hù)工程的技術(shù)進(jìn)步，將會(huì)為高速公路的養(yǎng)護(hù)技術(shù)、施工工藝及專用設(shè)備性能賦予新的內(nèi)容。