如何解決路面結構設計中存在的問題

如何解決路面結構設計中

存在的問題

長期以來，我國習慣于留意對硬件的引進，全國馬路部

門花了大量的外匯進口了很多筑路機械、施工設備、試驗儀

器設備，以及大量的瀝青材料，可是偏偏沒有在引進國外的

技術上花功夫。我們習慣于立足“自食其力”，強調我國的

“國情”與國外的狀況不同，特殊看重自己的探討成果。

這原來無可厚非，但假如民族自尊心變成了虛榮心，盲目地

排外，也就很簡單產生輕視學習國外先進技術的另一種傾

向，這種狀況已經影響到馬路領域。

引進成熟技術的必要性我國瀝青路面（水泥混凝土路面

也有類似狀況）的結構和設計就是一個典型，我們的很多做

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70年頭起，就采納柔性基層瀝

青路面、全厚式路面作為重載交通路段的常用的路面結構,

而惟有我國一模一樣地采納半剛性基層瀝青路面，甚至二結

構層的厚度都差不多。對瀝青路面的力學模式，國際上都采

納瀝青層的彎拉應變和土基模量作為設計指標，惟有我國鐘

情于表面彎沉這個指標，其他指標事實上都沒有作用。其他

還有許很多多與國際上不一樣的地方，缺憾的是多半多被自

己認為是最先進的。

我國最早修建的京津塘高速馬路，當時基本上是參照國

際上的路面結構和瀝青混合料的級配做的，廣深珠高速馬路

也汲取了國外的結構，這2條高速馬路運用10余年來，狀況

基本良好。京津塘高速馬路的外國監理在我國開了一個嚴格

執行“菲迪克條款”的先例，實行了動態質量管理，取得了

良好的效果，成為我國質量最好的高速馬路之一。然而，自

此以后的工程就“本土化”了，監理的素養明顯下降，起先

了具有我國特點的“評分、評獎、評優”質量檢驗評定和驗

收管理方法。施工質量數據弄虛作假已經成了公開的隱私。

表面上“像模像樣”，事實上“沆潼一氣”一起造假，其結

果是工程驗收的分數都快接近100分了，優質工程比比皆是,

常常是獎狀到手，路也壞了。

我國是世界上第一個采納彈性層狀體系進行路面結構

計算的國家，這一點始終處于世界的最先進水平?？墒?，“先

進的方法、落后的參數”并沒有對設計起多少作用。設計

參數都是“想當然”地自由取值，腦子里想什么結構，想多

少厚度，都能計算成什么結構，多少厚度，事實上還是拍腦

袋。其結果是“天下設計一大抄”，路面設計成為“數學嬉

戲”。全國都一模一樣地運用幾乎相同的較薄瀝青面層的半

剛性基層瀝青路面結構。

瀝青路面早期病害成心腹大患“質量是工程建設的永恒

主題。交通作為向社會供應公共產品和公共服務的部門，

在新的歷史時期，我們應向社會、向人民、向國家交一份

什么樣的產品呢？是經久耐用、外表美觀、運用便利的優秀

成果，還是金玉其外、敗絮其中的劣質產品？這是關系交通

行業形象，關系到交通行業是不是一個負責任行業的大問

題?！苯煌ú坎块L張春賢在2004年全國交通工作會議上說,

“質量是工程的生命，更是一個行業的生命。假如幾年后我

國建成的幾萬公里高速馬路沒到大修年限就大面積翻修，我

們今日所為之奮斗的事業就可能被否定?！碑斘覀兛吹綇埐?/p>

長的這一段講話時不覺汗顏?，F在很多地方都在進行高速馬

路大修，而且多半是“開膛破肚連根拔式”的大修，對社會

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，緣由是困難的。

交通部馬路科學探討所擔當的交通部西部大開發探討

項目“高速馬路早期病害預防措施的探討”課題對高速馬路

瀝青路面的早期病害發生的緣由、如何預防進行了仔細的探

討。通過探討認為，高速馬路瀝青路面的早期損壞有兩種不

同的類型。

一種是在瀝青路面建成不久，在當年或者2-3年瀝青路

面就發生程度不同的車轍、坑槽、網裂等早期損壞，很多屬

于水損害或伴隨著疲憊產生的損壞。這些損壞最干脆的緣由

是施工質量不到位及離析造成。這些工程大部分經過修理養

護或者局部銃刨重修能在短時間內漸漸趨于相對的穩定。這

種類型的早期損壞常常與管理上搶工、運用的材料不好、有

嚴峻的離析、壓實不到位、排水設計不合理有關，而且往往

有嚴峻的超限超載車輛通過，有些與路基變形也有關系。這

些工程施工結束時的彎沉往往并不大，甚至小到個位數，幾

乎接近于零，但基層開裂比較嚴峻，或者路面離析嚴峻，從

路表裂縫和孔隙中進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的狀態，有些路面的瀝青層由二施

工污染嚴峻也不連續，使瀝青層處于不利的受力狀態，在重

載交通的作用下，出現大的拉應變發生裂縫，產生唧漿、坑

槽，這些水損壞假如得不到有效的修理和限制，將很快發展

成為大面積的損壞；另外有些路段，尤其是大的上坡路段，

在高溫狀態下，很低的勁度模量不能反抗重載交通很大的剪

切變形而出現車轍。

另一種類型的早期損壞是指普遍達不到路面設計要求的

設計年限（大部分是15年，少數是20年），更不能與國際上

更長的設計年限20年乃至30-40年相比，充其量7-8年，或

者10年左右就必需進行大修。這種大修常常是“開膛破肚”

式的，不僅僅對瀝青面層修理，還必需同時修理基層甚至底

基層。這種大修不僅成本很高，而且對工程所在地的社會影

響很大。這種運用壽命短、耐久性不足的狀況使我們特別憂

慮。在日本，自1963年名神高速馬路起，到1998年7月己

建成高速馬路總里程達6450公里，其中建成10年以下占34%,

10-20年占32%,20年以上占34%；運用年限超過20年的高

速馬路約占總里程的30%.盡管瀝青路面的設計年限為10年,

但都已經遠遠超過了規定的設計運用年限，但發生結構破壞

的段落很少，一般都只在表面進行反復修理就始終運用持續

至今。修理的里程按路面損壞緣由分析，車轍超過60%,因

裂縫而進行修理保養的里程約占20%,其中很多是由于路面表

層老化所引起裂紋的修補，這種狀況與我國瀝青路面的運用

壽命相比形成了顯明的反差。

瀝青路面早期損壞的技術緣由各種早期損壞發生的緣由

是困難的，短期的損壞大都受施工影響更大一些，較長時間

的損壞則具有某種共性，這種影響相對來說要更大些。我們

決不能對我國瀝青路面的耐久性差、運用壽命短的問題熟視

無睹。

在經過仔細的思索和探討之后，普遍認為這種狀況與我

國一模一樣地運用半剛性基層瀝青路面的結構有肯定關系，

有時很可能是造成瀝青路面耐久性不足的主要緣由。正如張

春賢部長在全國交通工作會議上談到設計問題時一語道破地

指出的那樣，目前在瀝青路面建設中存在“設計上一模一

樣，照搬照抄，死套標準的狀況比較普遍”。張部長還指示

我們，“要有針對性地引進國外成熟的技術、標準和規范。

科研成果是實踐閱歷的總結，是人類文明的結晶，我們要

擅長借鑒一切先進的科研成果。在馬路建設和管理領域、國

與國之間技術問題及其解決方法具有很多共性。發達國家探

討早、實踐早，積累了豐富的閱歷，很多技術、標準和規范

屬于政府全部，沒有學問產權的障礙，我們要把技術引進作

為馬路交通實現新的跨越式發展的重要手段?！边@些話的確

是語重心長的，為解決馬路早期損壞指出方向，我們必需依

據部領導的指示，加快、仔細執行。

在瀝青路面結構問題上，我們也須要放眼世界?？v觀國

際上的高速馬路和重交通馬路，大量運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運月于

交通量不很大的馬路，或者往往在半剛性基層下設置一個碎

石過渡層。水泥穩定碎石基層和貧混凝土基層是性質平安不

同的兩個類型，而我們則始終混淆不清。名義上鋪筑的無機

結合料穩定集料基層，卻做成類似于貧混凝土的強度，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水

泥穩定碎石基層，在強度要求、詳細做法上也有很多不同之

處。這些問題現在已經起先引起普遍的重視，起先關注對瀝

青路面結構問題的探討，希望變更目前單一運用半剛性基層

瀝青路面的狀況，使不同的路面結構得到合理的運用。

國際上在20世紀70年頭以前，半剛性基層瀝青路面也

曾經用得很普遍，并發生了關于基層的“黑白之爭”，后來,

柔性基層和全厚式路面得到了很大的發展，漸漸成為主流。

其緣由是半剛性基層在其優點的背后，也有不少缺點，有些

無法克服。

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。在國外普遍實行對裂縫進行封縫，而

在交通量繁重或者高速馬路上，這種封縫工作特別困難。

而在我國，日前根木沒有發覺裂縫就進行瀝青封縫的習慣，

因而開裂得不到有效的處理。裂縫會導致2種后果：一是裂

縫進水；二是車輪從裂縫的一側經過到達裂縫的另一側時，

荷載變更不再連續使路面裂縫兩側發生大的應力突變，還形

成很大的上下剪切和表面受拉。

2）半剛性基層特別致密，它基本上是不透水或者滲水性

很差的材料。水從各種途徑進入路面并到達基層后，不能從

基層快速排走，只能沿瀝青層和基層的界面擴散、積聚。水

進入路面的途徑，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。可以說，水進入瀝

青路面是不行避開的，如不能剛好排走就將造成危害。所以

都稱“水”是造成瀝青路面損壞的“元兇”，半剛性基層瀝

青路面的內部排水性能差是其致命的弱點。

3）半剛性基層有很好的整體性，但是在運用過程中，半

剛性基層材料的強度、模量會由于干濕和凍融循環、在反復

荷載的作用下因疲憊而漸漸衰減。依據南非的理論，半剛

性基層的狀態是由整塊向大塊、小塊、碎塊變更，依據整體

結構設計路面是偏于擔心全的。

4）半剛性基層瀝青路面對重載車來說具有更大的軸載敏

感性。重載車換算為標準軸載時，對柔性基層通常是按4次

方換算，而對半剛性基層來說，隨著基層和瀝青層的模量比

的增大，換算荷載的次方數將不再是4次方，很可能是12?

15次方。軸載加大1倍，對柔性基層的換算軸次是增大16

倍，而對半剛性基層可能要變為數十萬次。也就是說同樣的

超載車對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，對路面的損傷也大得多。

5）半剛性基層損壞后沒有愈合的實力，且無法進行修補。

其層一旦破壞，便無可救藥，除了挖掉重建，另無他法，這

給瀝青路面的修理養護造成很大的困難。通常所說進行“補

強”事實上是不現實的，也是不行能的，在半剛性基層上加

鋪基層也不能結合成為整體。

6）半剛性基層很難跨年度施工，無論是干脆暴露還是鋪

上一層下面層過冬，都避開不了會發生橫向收縮裂縫，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水

（融雪）、半剛性基層暴露的還可能凍疏，影響強度的形成。

在季節性冰凍地區，半剛性基層的凍融損壞幾乎難以避開。

由于半剛性基層的強度、模量、抗疲憊性能等會因為重

復荷載的作用及環境（干濕、凍融等）的影響而不斷衰減，

總是有肯定運用壽命的，只要到了設計壽命，基層將會漸漸

丟失功能，須要重鋪，因此半剛性基層瀝青路面的運用壽命

不行能無限制地延長下去。相比之下，國外瀝青路面的設計

壽命越來越長，現在又出現了永久性路面或者長壽命瀝青路

面的思想，這種理念已在歐美很多國家得到重視，且已經在

重交通道路上應用，對延長瀝青路面運用壽命起到極大作

用。

永久性路面的理念是所設計的瀝青路面能夠運用40?50

年以上、采納較厚的瀝青層柔性路面，降低傳統的瀝青層底

開裂和避開結構性車轍。由于瀝青層相對較厚，傳統的疲憊

開裂可能性大大降低，路面的損壞主要位于面層的頂部（25?

100毫），一旦道路表面損壞達到臨界水平，其經濟性處理

方法就是將損壞的頂層或面層銃刨、罩面，或者加鋪。瀝青

面層材料可以再生利用，使得瀝青路面在運用年限內不須要

大的結構性重修或重建，并企圖無限期地運用下去。

依據以前的室內疲憊方程和力學設計程序，無論瀝青結

構層多厚，結構都會必定產生疲憊開裂、車轍。而最新的理

論發覺當瀝青層超過肯定厚度時，良好施工的路面結構天會

產生源于層底的疲憊開裂和結構性車轍。當標準軸次超過肯

定次數后，瀝青層厚度無須增加。也就是說，瀝青層的厚度

使層底拉應變小于肯定的值以后，瀝青路面的下部將可以無

限期地運用下去。所以永久性路面的最大特點是確保路面各

類損壞限制在路面表面層頂部很薄的范圍內，如自上向二溫

度疲憊開裂、車轍、表面磨耗、瀝青老化都努力限制在磨耗

層內，防止出現中面層以下的結構性損壞，表面層的損壞只

需通過預防性養護得以補救。

這種長壽命路面在美國、英國、澳大利亞都進行了肯定

的探討和實踐，也已經引起了我國學者的留意，有的省正

在開展這方面的探討，鋪筑試驗路，這是件很有意義的工作。

路面早期損壞的技術解決之路半剛性基層瀝青路面的在

達到設計壽命后發生結構性損壞，須要修理基層，與永久性

路面確保只修理表面層的思想是最大的差別，是兩個完全相

反的設計理念。很明顯，為了減小對社會和交通的影響，

我們都不情愿每次連基層一起“開膛破肚”式地修理，因此

我們必需仔細地思索這些問題。

現在很多地方痛定思痛，希望依據國際上通行的方法，

建設一些柔性基層、復合式基層的瀝青路面結構。但是首先

遇到的攔路虎是《馬路瀝青路面設計規范》的制約。規范采

納彎沉這個惟一的設計指標，甚至成為施工質量檢驗的指標,

逼得大家只能設計成半剛性基層瀝青路面，即使設計出來了，

施工質量檢驗也過不了關。而新建高速馬路采納彎沉作為設

計指標和施工質量檢驗指標的，世界上也就我們一家！它并

不能有效地反映不同路面結構的承載實力，可是現在要想改

又改不了。有一條高速馬路在改建時，由于實測彎沉較大（路

面既然開裂進水，彎沉怎么能不大呢？），上面無論如何加鋪

瀝青層也設計不出符合規范要求的路面結構，只能在上面再

鋪筑一層，甚至兩層半剛性基層，再加鋪瀝青路面。結果橋

梁等各種結構物由于標高等緣由也跟著遭殃，就這一個二程

就須要損失若干億元！這種設計，國內外專家都百思不得其

解。