高速公路沥青路面预防性养护
2020-03-03 10:45:46 来源：范文大全收藏下载本文
高速公路沥青路面预防性养护
摘要：高速公路的预防性养护对延长高速公路的使用寿命，减少后期维修费用有很重要的意义，高速公路的预防性养护在外国已得到了很好的发展，但在中国还处于刚刚起步的阶段。预防性养护具有养护时机合理、养护周期规律、预防性以及机械化程度高等特点，预防性养护的措施有很多，包括坑槽修补、灌缝、路表封层等。养护时机的选择是预防性养护决策的核心
关键字：预防性养护；发展；养护措施；养护时机
1．前言
近几年来，随着国民经济的高速发展，道路交通量日益增大，车辆大型化且严重超载，使公路路面面临严峻考验，许多高等级公路沥青路面建成后通车不久，便发生了沥青路面开裂、坑槽、松散、车辙等较为严重的早期病害。路面的破损对车辆行使速度、承载能力、机械磨损、燃油消耗、行车舒适、交通安全以及环境保护等造成了较大的影响，因此路面的维修养护就成为保证其服务质量和使用寿命的重要手段。高速公路养护可以分为两种：预防性养护和矫正性养护。我国现在大多数公路养护都属于矫正性养护，相当大比例的高速公路通车仅两三年就要进行修补，在前期没有舍得投入进行预防性养护是重要原因之一。研究表明，路面的使用性能不是直线下降的。在使用初期，其服务能力下降较缓慢，但当损坏状况超过某一限值时，路面的服务能力就开始急剧下降，病害急剧增多。若在此之前就采取预防性养护措施，则可及时阻止这种发展趋势，从而使路面始终维持较好的服务状况，可以有效地延长路面的寿命。由此，尽快建立预防性养护体系，开展预防性养护工作具有十分重要的意义。
2．高速公路的养护
高速公路是一种快速的、大交通量的运输系统，快速、安全、舒适、通畅是其基本要求，高速公路养护作业与一般低等级公路相比有以下特点：
（1）预防性
根据各地的不同季节的气温特点、水温条件、交通量和超载车辆的规律，按照“预防为主，防治结合”的原则，因地制宜，采取有效地技术措施，合理安排养护工作，做好预防性保养和修理，确保高速公路的安全通畅，并使高速公路的寿命得以延长，服务质量得以提高。
（2）经常性和周期性
高速公路的养护室一项长期的任务，每天、每月、每季都有不同的内容。春季要做好沥青路面裂缝的灌治，防治坑槽、松散、翻浆等病害的出现；夏季是路面养护施工的有利季节，即使处治各种病害，恢复路面性能等；秋季要抓紧完成养护工程年度任务，适时做好冬季病害的预防性保养和修理；冬季要做好防雪、防水、防滑，疏阻抢险及养护采备工作。
（3）复原性
复原性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，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。
（4）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，而且还常常出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。
（5）时效性
所谓时效性是指高速公路养护维修作业时交通扰乱持续时间对经济效益的影响，尽可能减少对交通的干扰、减少养护作业时间，快速地准备好作业现场，在养护维修工作完成后快速撤离现场，恢复交通。
（6）安全性
高速公路的车流量大，车速高，在进行养护维修作业时通常只是封闭一个车道，在车辆继续运行的情况下必须确保养护操作人员以及来往车辆驾驶员的安全。
高速公路养护维修技术的发展正式围绕着如何更好地满足这些要求而展开的。
3．高速公路的预防性养护
3．1预防性养护概述
预防性养护是一种主动性的养护策略，是一种对公路周期性的强制保养措施，它根据路面的状况，有计划地采取预防性措施来对公路进行养护，它并不考虑公路是否有了某种损坏，是否已经到公路大中修的年限或者路面病害数量达到某一指标。预防性养护的最佳时机应开始在路面尚处于良好状况，或者是由某些病害预兆时进行。虽然预防性养护需要投入一些费用，但和公路一段时期的正常养护总成本相比，和公路大修改造一次性投入及公路使用寿命相比，它又是一种效益非常良好的养护措施。
高速公路有如下特点：
(1)具有全封闭或半封闭性，交通受到严格监管，交通量大、车速高，中断交通会带来巨大的经济损失和社会压力。
(2)路面病害一旦发生往往发展迅速，且常常给交通安全带来较大隐患。
(3)路面结构一旦破坏后，修复难度大、可逆性低、修复成本高，有时甚至超过工程建设成本。
作为高速公路应时刻保持良好的通车条件和行车安全性具有至关重要的意义，绝不允许公路病害发展到严重影响高速公路行车安全和通行能力的地步。因此，高速公路病害的预防和快速、及时维修工作十分重要。一定要把预防性养护作为高速公路养护重点，把病害消灭在萌芽状态确保安全畅通。
3．2预防性养护的发展情况
3．2．1国外发展情况
20世纪60年代，美国、加拿大等发达国家大规模的公路建设已经基本结束，公路部门的任务开始由公路的规划、设计、施工转移到如何管理和维护这些耗资巨大的公路设施上。路面作为公路基础设施的重要组成部分，由于直接受到交通荷载、自然环境等因素的影响，以及材料本身的老化，随着时间的推移会逐渐损坏。另外，近年来世界各国都普遍面临着路面养护资金不足的困境。因此，路面管理者急需提出合理的养护措施，并充分有效地利用有限的资源，使路面在一定时期内保持良好的性能。路面预防性养护就是在这种背景下产生的。加拿大在20年前就意识到了预防性养护的重要性，早在20世纪70年代晚期安大略省运输部就系统地应用预防性养护的观念实施了一个路面管理计划。80年代早期，渥太华的市政部门就意识到及时进行路面养护的重要性。美国在20世纪90年代初系统地提出路面预防性养护的概念。近年来，美国的公路管理部门，包括联邦公路管理局(FHWA)、路面维护机构(FP2:the Foundation of Pavement Preservation)和美国各州公路工作者协会(AASHTO)联合发起了实行路面预防性养护的策略。AASHTO在1999年对41个运输部门进行了调查，已有36个运输部门制定了路面预防性养护计划，所有运输部门都开始采用各种路面预防性养护措施。为了推动这项技术，AASHTO已经在6个方面资助了50个研究子课题。
3．2．2 国内发展情况
各国道路都已经向着建养并重的趋势发展，我国也不例外。我国《公路沥青路面养护技术规范》(JTJ073-2001)明确提出:公路养护工作必须贯彻“预防为主，防治结合”的方针，说明预防性养护已经得到了一定的重视。少数省份如河南、河北、江苏、山东、陕西等开始在这方面进行尝试。为了满足高速公路维修养护的需要，一些单位已经开始研发高分子聚合物改性沥青的稀浆封层。通过“八五”期间交通部重点新技术推广项目“乳化沥青稀浆封层成套技术”的研究和推广，稀浆封层技术有了一定的发展。河南省公路管理局、新乡市公路科技研究所和前西安公路交通大学合作，采用丁苯乳胶与CRS-1型慢裂快凝阳离子乳化剂混合再加上辅助剂制成改性乳化沥青，进行了改性稀浆封层施工。2003年8月，河北省衡水市在国道G307线武强县城北段完成了12 km同步碎石封层试验段，效果良好。经过封层后的路面使用状况大大改善，并且经过多次雨水冲刷，没有发生渗水现象。近年来，在沪嘉高速、沪宁高速、四川内宜高速等公路路面上进行了微表处施工。另外，目前国内已成功地开发出了一种专用于预防性养护的“沥青路面养护剂”，已在生产上推广使用。
4．沥青路面预防性养护内容和特点
4．1养护时机合理
沥青路面在其寿命周期内可分为3期:①建成投入使用开始，沥青逐渐被氧化、损耗;②沥青路面出现微小裂缝、小坑槽或脱皮现象;③路面出现较大面积裂缝，并贯通形成龟裂，最终出现结构问题。路面预防性养护是对高速公路路面采取的一种高标准的养方式，要求在路面尚处于良好状态时，即路面处于第1阶段时始，沥青逐渐被氧化、损耗;②沥青路面出现微小裂缝、小坑槽或脱皮现象;③路面出现较大面积裂缝，并贯通形成龟裂，最终出现结构问题。路面预防性养护是对高速公路路面采取的一种高标准的养护方式，要求在路面尚处于良好状态时，即路面处于第1阶段时开始采取保护性养护措施，把病害消灭在萌芽状态，使路面始终处于良好的服务状态。
4．2养护周期规律
预防性养护标准高，而路面使用性能随时间变化逐渐下降，因此必须周期性实施养护措施，即定期开展路况调查，采集路况数据，进行分析与评价，当路面使用性能降到预定标准时，及时实施养护策略，恢复路面服务功能，如此循环往复。一般高速公路要求每年进行一次路况检测，实施预防性养护可增加检测频率，特别是对日常巡查中发现病害的路段作专项检测与评价，根据分析、评价结果实施养护措施。因此，预防性养护具有明显的周期性，相对于另外2种路面养护类型，其周期短，即养护频率高。研究表明:沥青路面在一个寿命周期内实施6次以上全路面预防性养护，可取得良好的经济效果，同时保持路面较好的服务功能。
4．3预防性
对路面状况连续检测、评价3年后，获得一组连续数据，可以建立模型对路面使用性能各指标进行预测，对将来需要养护的路段及养护对策进行预测。通过路况的检测、评价与预测，适时对路面采取适宜的保护性养护措施，保护路面，预防各种病害的发生与发展。通过评价与预测，考虑未来交通量的增长，对出现病害或预测即将出现病害的路段针对病因采取有效措施，做到治本治标，以防微小病害发生与恶化。所以预防性养护属于主动养护，体现了“预防为主，防治结合”的养护原则。
4．4机械化程度高
路面预防性养护离不开先进的检测手段。先进的检测手段效率高，不仅能满足预防性养护的检侧频率，而且能保证检测数据的精度和科学性，处理数据、信息的能力也大大提高。很多发达国家都非常重视高速公路的检测效率和质量，已开发和应用集成检测技术，由1台专用车可完成路面状况的各项检测。另外，路面预防性养护宜采用机械化的施工方法，以
保证路面养护施工高效、优质、快速完成。
5．预防性养护措施
5．1灌缝
处置基本上是为了阻止水分进入现存的裂缝中，补缝和灌缝分别指处理几乎不活动的裂缝和正在温度及车轮荷载下发展的裂缝。由于路面结构采用的半刚性基层沥青路面结构，因而路面出现了不同程度的反射裂缝，为了防止雨水冲刷及在荷载作用下裂缝扩展，及时对裂缝进行灌缝。目前，国内常用的裂缝修补方法有:普通沥青灌缝、SBR改性乳化沥青灌缝、路面裂缝密封胶修补裂缝和压浆法修补裂缝。
5．2坑槽修补
针对路面出现的局部破坏如坑槽、松散等，常采用修补方法为:热补法和冷补法。采用就地热补的方法，过去通常的做法是将破坏区域的旧沥青混合料全部清除，然后再用新沥青混合料填补，这种修补方法可以保证修补质量，但大量的旧沥青混合料被废弃，造成了资源的极大浪费和环境污染。为了避免资料的浪费，国内不同省份进行了冷补材料的开发和应用
5．3路表封层
路表封层技术主要用于恢复路面功能性损坏和非失稳性车辙的处治。参考国内外经验，常用的路面封层技术包括:雾状封层、沥青表处、碎石封层、薄层热拌沥青混合料、超薄磨耗层、稀浆封层和微表处技术。各路表封层适用条件如下：
(1)雾状封层。
雾状封层的作用是封闭路面，阻止路面开裂松散，延缓路面老化，提供路面边缘与路肩的轮廓。雾状封层仅仅是在路表面喷洒不含集料稀释的乳化沥青。适用状况功能性:①中等的纵横向裂缝，块状裂缝；②表面松散、风化；③老化的沥青路面；④水侵入结构:没有改善路面结构仅仅是防止水分进入路面结构内部。施工可行性:需要乳化沥青的破乳时间，因此施工后要封闭2 h以便破乳。期望寿命: 1~2年，造价: 2.88~4.32元/m2。
(2)沥青表处。
沥青表处通过喷洒聚合物改性沥青填充空隙和裂缝;喷洒细集料或沙子;再喷洒聚合物改性沥青;最后使用胶轮压路机碾压。气候:适合各种气候环境，在高温干燥环境下最优。交通:在低等交通量下效果良好(日交通量
(3)碎石封层。
碎石封层在路面喷洒乳化沥青后，洒布碎石石屑，用压路机将骨料嵌挤进原路面50~70%，效果与集料级配、最大粒径相关，可进行罩面及提高抗滑性能。双层可以获得很好的路用性能。交通:通过合适的设计与施工，碎石封层可以在重交通路面上表现优异，然而由于碎石易于松散，主要还是应用在中轻交通路面上。适用状况功能性:①低等的纵横向裂缝，块状裂缝；②表面松散、风化；③老化的沥青路面；④水损坏；⑤轻度不平整；⑥轻度唧浆；⑦抗滑能力降低施工可行性:路表面需要清洁，在温暖时间施工，碎石洒布要紧跟沥青洒布，碾压要紧跟碎石洒布，大概要封闭2 h才能开放交通。期望寿命: 4~7年，造价:单层7.1~8.64元/m2，双层10.56~11.92元/m2。
(4)薄层热拌沥青混合料。
薄层热拌沥青混合料铺设厚度19~38 mm的沥青混合料，密级配、开级配、SMA均可。薄层沥青虽作为功能层考虑，但仍然部分承担了车轮荷载的应力分布。适用状况功能性改善:①中轻度的纵横向裂缝，块状裂缝；②表面松散、风化(施工时应清除表面松散料)；③路面
不平整；④轻度唧浆；⑤抗滑能力降低路面使用性能；⑥抗车辙。施工可行性:路表面需要清洁，洒布粘层油提高与现有路面的粘结，薄层沥青散热快，需要规定最低碾压温度保证及时碾压。期望寿命: 7~10年，造价:密级配16.7~19.2元/m2，开级配12~13.5元/m2。
(5)超薄磨耗层。
超薄磨耗层由断级配、改性沥青组成的混合料所铺设的10~20 mm的HMA表层，可以有效填补裂缝，提高摩阻力，是一种新型的处理办法。气候:各种气候环境性能优异。交通:比其它养护措施更能承受高交通量及重载。适用状况功能性:①低等的纵横向裂缝，块状裂缝；②表面松散、风化；③路面不平整；④轻度唧浆；⑤抗滑能力降低。施工可行性:需要特别的摊铺设备及许可。期望寿命7~10年，造价: 24~28.72元/m2。
(6)稀浆封层。
稀浆封层通过将良好级配的集料(细砂和矿粉构成)和乳化沥青的构成的混合物，通过专用喷洒器喷洒在整个路面表面。对处理低等级的裂缝、路表防水、提高在64 km /h车速下的汽车抗滑能力有效，厚度通常小于10 mm。交通:适用交通量大，车辆荷载增加而破坏的公路，稀浆封层材料的特性(如集料质量、级配、乳化沥青含量)可以根据交通量状况调整。适用状况功能性:①低度的纵横向裂缝，块状裂缝；②表面松散、风化；③老化的沥青路面；④抗滑能力降低；⑤填补车辙带(车辙不严重)。施工可行性:路表面需要清洁，集料干净、有棱角、耐磨、级配良好、均一(100%破碎)，避开在高温天气施工(防止冲刷问题)，未破乳前不得开放交通，在允许最低温度下不得施工。期望寿命: 3~5年，造价: 6.72~9.12元/m2。
(7)微表处。
微表处使用聚合物改性乳化沥青、细集料、矿粉、水与稀浆封层采用的一样的添加剂。主要目的是阻止松散、路面老化、同时提高路面的抗滑性能。可以提高路面平整度，填补15 mm以内的车辙。适用状况功能性:①中度的纵横向裂缝，块状裂缝；②表面松散、风化；③老化的沥青路面；④轻度不平整；⑤中轻唧浆；⑥抗滑能力降低；⑦填补车辙(车辙已经稳定)。施工可行性:为防止流淌，应避免在高温时间施工，在寒冷地区铺设则有可能导致松散，不要在允许最低温度下施工。期望寿命: 4~7年，造价: 8.4~16元/m
25．4预防性养护最优时间的选择
预防性养护决策的核心在于养护时机的选择，这是达到预防性养护经济性目标的关键。而对给定的路面，选择的预防性养护技术措施相关的最优时间，使得养护成本最小而养护效果最好。在这里，可以应用寿命周期成本分析法，即“为了使用户所用的系统具有经济寿命周期成本，在系统的开发阶段将寿命周期成本作为设计的参数，而对系统进行彻底的分析比较后作出决策的方法”。在预防性养护决策分析中，特殊之处是分别将养护技术措施在寿命周期内不同时间实施作为比选方案，进行效益成本评价，得到寿命周期成本最低的方案，也即是与养护技术措施相关的最优时间。如果可行的养护技术措施不止1种，则将多种措施的最优时间作为比选方案，再次进行分析决策。
(1)确定寿命周期:对一般工程产品而言，寿命周期是指从研究开发、设计、建造、使用直到报废所经历的全部时间;对路面预防性养护而言，全生命周期则是指从高速公路从投入运营(养护周期开始的时间点)直到路面状况超出允许值、路面需要重新翻修(养护周期结束的时间点)的时间段。
(2)工程系统效率:工程系统效率SE是投入寿命命周期成本后所取得的效果或者说明任务完成到什么程度的指标。在路面预防性养护中，以路面质量指数PQI为总体评价指标，采用路面状况、行驶质量抗滑性能为单项分析指标，也可采用路面破损率(坏板率)、国际平整度指数IRI、横向力系数等直接指标进行分析。
(3)工程寿命周期成本:寿命周期成本LCC是系统在寿命周期内的总费用，广义上不仅包括资金意义上的成本，还包括环境成本(如技术措施导致的环境污染)、社会成本(如造成的
使用者延误费用)。而在预防性养护寿命周期成本计算中，目前主要是指资金成本。具体计算中，对每一个比选方案，除了要计算预防性养护技术措施费用，还应预测预定分析期内可能采用的日常养护费用、路面达到应当翻修状态下所需的改建工程费用等。
(4)确定最优方案(时间)对一种技术措施来说，Topt就是实施预防性养护的最优时间，也可以说是最优，可以得到最大的效益比成本。如果有多种可行的技术措施，则需将各种技术措施在最优时间实施作为比选方案，再次计算CE，取CE最大值者为最优方案。
6．结语
预防性养护是解决矫正性养护形成的非良性循环的有效模式。有资料显示预防性养护可延长公路寿命达15年，养护费用降低45%。在发达国家的多年应用表明，预防性养护是理论基础坚实、决策体系科学、工作程序规范、技术措施先进、经济效益显著的高速公路养护模式。而我国公路管理部门对预防性养护的研究和应用刚刚起步，缺乏基础数据和实践经验，因此积极研究和推广预防性养护，在我国的高速公路养护管理中具有积极意义和重要价值。 参考文献：
【1】 郭贵平，高等级公路养护技术与养护机械，人民交通出版社，2001
【2】 权戈冰，项琴，朱宏伟，沥青路面预防性养护的研究进展及趋势，交通标准化，2008
【3】JTJ 073.2-2001，公路沥青路面养护技术规范
【4】 李树斌，高速公路沥青路面预防性养护技术探讨，科技经济市场工程建筑，2008
【5】 陈园明，高速公路路面预防性养护探讨分析，黑龙江交通科技，2007
【6】 王开生，高速公路路面预防性养护技术，黑龙江交通科技，2008
【7】 冯培元，浅谈高速公路预防性养护，建筑与工程，2007
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