高速公路沥青路面的机械化养护

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我国的高速公路白20世纪80年代开始建设以来，从无到有，得到了迅速的发展。所谓高速公路，即为目前公路等级最高的道路形式，亦是典型的高等级道路。虽然路面形式多种多样，但基于沥青路面具有施工容易、快速开放交通、行车舒适、平整度好及修建成本较低、养护工程易于施工等特点，所以我国目前的高等级路面以沥青路面为主。沥青路面在长期的使用过程中，由于车辆的反复作用及气候的长年影响，必然会出现多种多样的损坏。同时，由于某些地区（如山西、内蒙）等煤炭外运地区雕以避免的车辆超载运行及某些公路修建质量的不尽如人意，难以达到设计要求等原因，更加快了道路病害的产生。另外，对于半刚性的沥青路面来说，由于行车碾压密实度和半刚性基层材料强度随路龄增长而变化，其强度和刚度在使用初期（1～2年）呈增长趋势，表现在整体回弹弯沉的降低。此后，由于路面材料的逐渐疲劳，其强度和刚度逐年降低。

　　由于以上原因，高等级沥青路面的各种病害，如坑槽、拥包及松散为代表的损坏会不断出现。若不及时修补恢复，高等级公路路面的服务质量会大大下降。同时，小的局部损坏会因时间的延长而扩大，甚至影响到路面基层，进而大幅提升路面修补工程的难度和成本。与普通沥青路面相比较，高速公路的养护作业有自己的特点。

　　预防性：

　　预防性养护可以延缓由交通和环境载荷的作用而引起的路面性能的恶化，延长路面的使用寿命。

　　复原性：

　　复原性是指经过养护维修后的路面应该完全恢复路面原有的使用性能，亦即其平整度、摩擦性能、承载能力、噪声等使用性能应满足高速公路快速、安全、舒适的基本要求，而不能因养护维修作业而有所下降。

　　补强性：

　　高速公路的养护维修作业还往往带有弥补原有路面强度不足的要求，这就是所谓的补强作用。补强不仅是增强原有路面的薄弱环节，而且还常常处于对延长路面的寿命以及满足日益增长的交通流量的考虑。原有路面的设计交通流量由于国民经济的迅速增长而很快被突破，这种情况是常有的事，有时在设计路面时为了减少初期投资而有意识地减弱路面的强度，这是因为高速公路建成使用的初期交通量一般不会太大，但会随着时间而增加，交通量增加到一定程度时，再在原有路面上加铺第二层罩面。

　　由于上述特点，高速公路的日常养护机械设计、配置及使用工艺应根据这些特点作为基本依据。特别是上述的养护作业，由于高速公路车流量大、速度快，且封闭交通的特点，养护作业必须作到“三快”，即快速进入、快速作业和快速转移。同时，高速公路有线长（路线长）点少（养护基地少）的特点。显然养护机械的配置可分为路上作业机械和为路上作业机械供料的料场设备两个主要部分。

　　料场机械配置

　　料场是为完成日常养护的路上作业机械供料的基地，它包括集料筛分储存、沥青储存加热装置和烘干搅拌设备等部分。

　　集料筛分储存

　　高等级沥青路面是由不同粒径的骨料和石粉，配以沥青混合而成。因此，料场应有4～5种骨科及粉料的筛分装置及储存场地。这个场地及其设备应有防雨措施，否则过高的含水量将会大大增加烘干时的燃料耗用量。

　　沥青储存加热装置

　　众所周知，我们目前使用的沥青大多为普通石油沥青，常温下是固态。因此，只有加热至使用温度才能使用。目前，我国的高速公路绝大多数采用改性沥青铺筑，料场的沥青应采用改性沥青。但改性沥青在储存及运输过程中易于离析（基质沥青及改性剂），因此，笔者认为，高速公路的养护料场应有中小型改性沥青制作设备（其产量应与自己的使用量相匹配）随用随做。另外，作为典型的高分子材料，沥青在高温（工作温度）状态下长期保存易于老化，所以沥青的储存装置应采用大罐低温储存（≤1OO℃ ）和小罐出料（16O～17O℃ ）用于作业的配置，而改性沥青最好作到随做随用。这种配置和工艺将会尽可能避免沥青的老化及改性沥青离析现象的出现。

　　烘干搅拌设备

　　高速公路的沥青混和料制作设备与常规搅拌装置相似，但必须采用强制间歇搅拌装置和较高计量精度的沥青计量系统，以保持。生产的沥青混和料（沥青混凝土材料）符合高速公路的常规指标。烘干搅拌设备的作业效率与日常养护工程所需材料应相匹配，而机器的生产量显然与本单位养护的路面长度、宽度、公路等级及道路通车年限有关。同时道路承担的运输载荷、车流量及道路所在的自然条件（山区、坡度及线性）都有直接的关系。经大量调查统计的资料分析，可提出如下概算公式作为烘干拌和设备生产量选取的估算参考。

　　当公路通车n年时，整条公路修补所需材料（混和料）总量M 为：

　　M=L△（n-1）^1.5 ashq

　　式中：M—— 通车九年时，当年所需 混和料总量，t

　　|L—— 养护里程，km

　　△— — 公路修筑质量及线形综合系数，一般可取1.2～2.0.山区较大坡度的重载高速公路，可取大值，反之相反

　　n——通车年数，取正整数

　　a——通车第2年时，每千米的损坏处数

　　s——每处损坏的面积，可取平均值，m²

　　h——面层厚度，m

　　q—— 沥青混凝土材料比重，t／m³

　　由上式可以看出，随着公路通车年限延长，道路损坏会越来越严重，所需要的沥青混和料会逐年增多。烘干搅拌设备产量的选择应根据自己单位的实际情况及养护理念综合考虑。

　　路上作业机械

　　高速公路沥青路面养护工程的路上作业机械一般包括多功能养护车（以下简称养护车）及其附属设备（主要是材料保障和运输设备）。通常意义上的养护车应完成损坏路面的破碎、沥青混和料制作或储运、路面压实和沥青（基质沥青或乳化沥青）存储、加热及喷洒等基本功能。有些养护车还具有路面加热、旧料回收再利用及小型铣刨功能。但基于高速公路的诸多特点，笔者认为目前高速公路的路面养护的某些现行做法值得商榷。

　　路面材料

　　目前，很多高速公路养护中采用的普通（非改性）沥青混和料用多特点，笔者认为目前高速公路的路面养护的某些现行做法值得商榷。

　　路面材料目前，很多高速公路养护中采用的普通（非改性）沥青混和料用于坑槽及其他病害铲挖后的充填，但整个路面大多采用的是改性沥青（ABS、SBR、PE等），所以使新补路面的强度明显弱于周围路面，其结果往往使修补路面很快又出现损坏。

　　路面加热修补路面加热修补可以使原有路面材料再生利用，其优点是不言而喻的。但目前养护车采用的加热机理大多为可见光、混合加热（红外与可见光）等。在野外环境下，加热温度不易掌握，而加热基体表面温度往往高于1000 ℃以上，所以加热时路面沥青材料易于老化。而原路面病害部分的材料本已出现问题，同时再与新料混合后更难以掌握其油石配比及强度指标，所以经加热修补后的修补部分易于损坏是必然的。

　　保温料箱材料的加热养护车装载足量的符合要求的沥青混和料用于填充病害坑槽是十分必要的，但目前不少工程单位采用常温混和料充入料箱进行加热后使用的工艺就值得研究了。众所周知，沥青混和料的各种组分材料均为不良热导体，其加热过程大多是热传导在起作用，在较大的加热深度和料量前提下，其加热周期较长（一般达8h以上），加热死角的存在亦使加热均匀度差。因此，其加热过程出现的老化问题难以避免。有时，若将每次用不完的混和料下次再用，更加加剧了其老化程度。用这样的材料修补面层，其表面强度难以保证。

　　就地制作混和料目前，不少的养护车上配置了小型烘干拌和设备作为流动基地制作混和料。这种简易型的设备对油石比的控制极难掌握，而大多采用的滚筒跌落式搅拌机无法制作高质量的沥青混凝土。这类设备用于高速公路养护工程显然无法保证作业质量。更有甚者，笔者曾在某高速公路的养护现场中见到以柴油燃烧为加热方式的滚筒式烘干机用于沥青混和料的现场烘干再用。当约1 300 ℃以上的可见光火焰与滚筒中的混和料接触时，在极短的时间内便可将混合料中的沥青老化，其沥青质和其他轻质油分会变成结碳形式存在。从理论上讲，这种材料是不可再用的。

　　上述现象的存在大大影响了高速公路的养护质量，只有采取对应措施才能改变这种状况。我们认为，采用机动性好，具有一定乘坐条件的多功能养护车用于高速公路的快速养护是正确的。这种养护车应具备旧路破碎、保温料箱、高温沥青储存及喷洒、小型压实机具及相应的控制系统组成。亦可配装红外辐射路面加热装置，但应根据道路老化情况慎重使用。但在机具配置和养护作业工艺上应作如下改进。一是采用车载保温型混和料箱，但加热方式应采用温度较低（≤200 ℃）的导热油系统并辅以较好的保温措施。加入的混和料应是刚拌和的新的热料，且每次加料应以当班用量为佳，尽量减少使用（加热）次数。二是混和料应采用改性沥青混和料。这些料应在高速公路养护单位设立的中小型料场制作，严格掌握骨料组分和油石配比。料场的单次生产量应以当次车载量为准，即随生产随使用，尽量减少积压。三是由于改性沥青在储存和运输时易于离析，故改性沥青设备及生产应与烘干拌和设备协同作业。四是压实机具应采用振动压路滚，其压实激振力应大于12kN，从而保证压实密实度，因板式振动器单位压实力较小而不宜采用。

　　本文基于目前我国高速公路养护工程情况及现实需要而撰，很多见解是笔者长期从事该项工作的经验总结而来。随着我国高速公路的快速发展及公路修建养护工程的技术进步，将会为高速公路的养护技术、施工工艺及专用设备性能赋予新的内容。