和 志

中國路橋工程有限責(zé)任公司

1 引言

非洲欠發(fā)達(dá)地區(qū)普遍面臨公路基礎(chǔ)設(shè)施需求巨大但資金緊缺的矛盾，很多新建成道路由于缺乏及時有效的養(yǎng)護(hù)管理，瀝青路面極易出現(xiàn)早期損害，使用壽命和服務(wù)水平遠(yuǎn)不及預(yù)期，使得地區(qū)內(nèi)基建供需矛盾更為突出。重視并主動使用預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，能夠有效處理瀝青路面早期病害、改善路面功能狀況，延緩路面性能衰減，從而降低路面全壽命周期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，一定程度上能夠緩解當(dāng)?shù)孛媾R的基礎(chǔ)設(shè)施供需矛盾。

2 路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)

路面預(yù)防性養(yǎng)護(hù)即PAVEMENT PREVENTIVE MAINTENNANCE（簡稱PPM）于1980 年代由美國SHRP 提出，是指為了提高路面全壽命周期養(yǎng)護(hù)效益，在沒有發(fā)生損害或者只有病害跡象或輕度病害的路面，采取不影響原路面結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度的主動養(yǎng)護(hù)措施，達(dá)到阻止病害進(jìn)一步發(fā)展，以保持和改善路面使用性能。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)資料顯示，公路實(shí)際使用壽命僅為設(shè)計(jì)壽命的40%～50%，某些高速公路運(yùn)行2～3 年后就出現(xiàn)比較嚴(yán)重的病害。設(shè)計(jì)階段對路面結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化和使用階段及時采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施對路面功能的發(fā)揮都具有重要影響。分析認(rèn)為，道路壽命周期內(nèi)進(jìn)行至少3次預(yù)防性養(yǎng)護(hù)可以延長實(shí)際使用壽命約38%，節(jié)約道路大修費(fèi)用27%。安哥拉自上世紀(jì)70年代獨(dú)立以來，長期處于內(nèi)戰(zhàn)，公路管理和養(yǎng)護(hù)水平很低，很少考慮采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。根據(jù)我們的調(diào)查，2020年內(nèi)戰(zhàn)結(jié)束后，安哥拉政府開始大規(guī)模修復(fù)國內(nèi)公路網(wǎng)，但公路養(yǎng)護(hù)管理水平卻不能及時跟進(jìn)，安國境內(nèi)約70%以上的新建公路僅僅在通車2～3年后就要進(jìn)行中大規(guī)模修補(bǔ)。因此，無論對當(dāng)?shù)氐缆分鞴懿块T的道路養(yǎng)護(hù)管理還是承包商的合同風(fēng)險管理，都必須高度重視預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

3 安哥拉某高速公路概況

安哥拉CN 項(xiàng)目位于該國北部，全長208km，是該國北部第一條高速公路，也是該國自內(nèi)戰(zhàn)結(jié)束后建設(shè)的第一條高速公路，2015 年5 月竣工初驗(yàn)。項(xiàng)目沿線區(qū)域?yàn)闊釒Р菰瓪夂?，常年濕熱多雨，年平均降雨?650mm，路面早期病害多為水損害。根據(jù)項(xiàng)目部現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)，病害有為坑槽、橫向裂縫、局部路基沉降（低洼地段涵洞處尤甚）、表面層松散和麻面以及車轍和平整度下降。安哥拉當(dāng)?shù)禺?dāng)年10 月至次年3 月為雨季，降水十分頻繁，路面病害處于高發(fā)期，如無針對性采取預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，雨季期間很難對路面病害進(jìn)行有效維修，且道路養(yǎng)護(hù)成本高于預(yù)期。2018年以前，安哥拉國內(nèi)尚未全面控制車輛超載，貨車超載現(xiàn)象十分普遍，更是加劇了路面損壞。對此，該項(xiàng)目承包商在竣工交驗(yàn)后，精心制定了養(yǎng)護(hù)工作計(jì)劃（該國法律規(guī)定道路缺陷養(yǎng)護(hù)期為3年），并加強(qiáng)道路檢測和評價，大力開展道路預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作，積極開展相關(guān)研究，保證了養(yǎng)護(hù)期內(nèi)路面的良好使用性能，順利完成項(xiàng)目最終竣工交驗(yàn)。

4 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)對策選擇

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)強(qiáng)調(diào)“針對不同路面采取及時有效的養(yǎng)護(hù)措施”，預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵是養(yǎng)護(hù)工作的介入時間和采用的養(yǎng)護(hù)技術(shù)。

4.1 路面技術(shù)狀況評價和決策

路面技術(shù)狀況評價是決策預(yù)防性養(yǎng)護(hù)時機(jī)的基礎(chǔ)，通過對目標(biāo)道路的路面狀況評價，可以判斷該決策時原路面狀況是否適合預(yù)養(yǎng)護(hù)。由于安哥拉當(dāng)?shù)責(zé)o相關(guān)規(guī)范和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析并咨詢業(yè)主，我們采用中國規(guī)范推薦評價方案，即對不同等級公路瀝青路面的預(yù)養(yǎng)護(hù)宏觀路況技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)采用路面使用性能指數(shù)（PQI）和5個的分項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價。公路路面技術(shù)狀況分為5個等級，具體如表1所示。

表1 公路路面技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)

指標(biāo)權(quán)重系數(shù)高速公路、一級公路二、三、四級公路WPCI 0.35 0.60 WRQI 0.40 0.40 WRDI 0.15-WSRI 0.10-

式中：

PCI——路面損壞狀況指數(shù)；

RQI——路面行駛質(zhì)量指數(shù)；

RDI——路面車轍深度指數(shù)；

SRI——路面抗滑性能指數(shù)；

PSSI——路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度指數(shù)。

根據(jù)規(guī)范要求，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度充足（PSSI≥85）且路面破損狀況指數(shù)PCI≥85，即可判斷原路面適宜采用預(yù)防性養(yǎng)護(hù)。

在宏觀路況標(biāo)準(zhǔn)滿足預(yù)防性預(yù)防性養(yǎng)護(hù)要求的前提下，需要對原路面作評價微觀路況，具體標(biāo)準(zhǔn)為以下幾點(diǎn)。

（1）輕微程度橫向裂縫、縱向裂縫、細(xì)小裂縫。

（2）深度小于15mm車轍。

（3）輕微的表面不平整（擁包、沉陷）。

（4）各種程度的泛油、老化、松散。

（5）輕微程度的抗滑不足、輕微滲水。

根據(jù)2015年8月對項(xiàng)目標(biāo)段1的路況調(diào)查和檢測結(jié)果，原路面調(diào)查基本情況見表2（節(jié)選）。

表2 CN公路的基本情況

綜合分析CN項(xiàng)目標(biāo)段1路面宏觀和微觀路況評價結(jié)果，可以得出原路面狀況符合預(yù)養(yǎng)護(hù)的結(jié)論，應(yīng)當(dāng)及時采取預(yù)養(yǎng)護(hù)措施。

工作實(shí)踐中，結(jié)合國內(nèi)規(guī)范推薦的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)用的時間（從路面新建、上一次大修或預(yù)防性養(yǎng)護(hù)后起算），對安排預(yù)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃也有很大的參考價值，碎石封層3～5年，微表處3～5年，薄層罩面3～6年。

4.2 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)對策選擇

對策選擇通常要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和工程等多個因素進(jìn)行綜合考慮。在數(shù)據(jù)充足情況下，對策選擇分為三個步驟，分別考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和適用性因素。

4.2.1 技術(shù)因素分析

該環(huán)節(jié)中，路面病害類型及損壞程度、道路等級和交通量是重點(diǎn)考慮的因素，一般選擇在技術(shù)方面適用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施，見表3。

根據(jù)表2 和表5，針對CN 公路項(xiàng)目標(biāo)段1，我們選取的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施有（1）微表處、（2）復(fù)合封層、（3）薄層罩面。

4.2.2 費(fèi)用效益分析

通過費(fèi)用效益分析，可以比選出費(fèi)用效益良好的預(yù)養(yǎng)護(hù)措施。目前常用等效年度費(fèi)用法進(jìn)行費(fèi)用效益分析（Equivalent Annual Cost Method，簡稱EAC）。

等效年度費(fèi)用法方程為：

EAC=單位成本/期望壽命單位成本可根據(jù)預(yù)養(yǎng)護(hù)措施所需的的材料、施工等費(fèi)用確定。

期望壽命一般根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)確定，結(jié)合規(guī)范推薦值，微表處期望壽命3～5 年，復(fù)合封層3～5 年，薄層罩面4～5 年。規(guī)范推薦各類措施使用壽命如表4。

表3 各等級道路適用的預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施

表4 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的使用壽命

單位成本由項(xiàng)目部根據(jù)擬定的養(yǎng)護(hù)方案和成本資料測算，期望壽命采用規(guī)范推薦值，考慮到安哥拉的氣候和交通量因素，我們采用期望壽命下限值，分別計(jì)算微表處、復(fù)合封層和薄層罩面的EAC 值，即5.38美元/年、9.5美元/年和14.38美元/年。值得注意的是，盡管微表處具有最佳的費(fèi)用效益，仍需要進(jìn)一步分析才能最終確定最佳預(yù)養(yǎng)護(hù)措施。

4.2.3 措施適用性分析

在費(fèi)用效益分析的基礎(chǔ)上，針對具體的項(xiàng)目還需要進(jìn)一步分析和考慮施工質(zhì)量、氣候、材料可用性、交通干擾等因素，分別對三種初選的預(yù)養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行評價，確保預(yù)養(yǎng)護(hù)措施的工程適用性。一般采用項(xiàng)目級綜合評判法評價，計(jì)算方程為：

式中：

K——綜合評判系數(shù)；

Cij——第i 種待選養(yǎng)護(hù)措施針對第j 種影響因素的特征屬性值；

Wj——第j種影響因素的權(quán)重系數(shù)；

N——影響因素的數(shù)目。

由于安哥拉公路主管部門缺少相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，我們采用國內(nèi)規(guī)范給出常見養(yǎng)護(hù)措施特征屬性分值范圍及推薦值。通過對三種擬選養(yǎng)護(hù)措施的綜合評價，微表處、復(fù)合封層和薄層罩面的k 值分別為5.67/3.25/4.66，即可選定微表處為該路段預(yù)養(yǎng)護(hù)措施。

4.3 養(yǎng)護(hù)效果

CN 項(xiàng)目在2015 年雨季來臨前制定了預(yù)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃并采取微表處養(yǎng)護(hù)，明顯減少了因裂縫滲水引起路面和基層的損壞。2016 年在全線開展了路面技術(shù)狀況評價和預(yù)養(yǎng)措施決策，多個路段經(jīng)過分析評價后采取了更具有針對性的預(yù)養(yǎng)護(hù)措施，路面病害情況明顯改善，極大提升了路面使用性能。2017年5月，安哥拉國家公路局聯(lián)合國家工程試驗(yàn)室對CN 項(xiàng)目全線進(jìn)行了彎沉、平整度和基層完整性、路面破損狀況檢測，檢測結(jié)果符合南部非洲規(guī)范要求，項(xiàng)目順利通過業(yè)主最終驗(yàn)收，CN 項(xiàng)目也成為中資企業(yè)在該國首個按期終驗(yàn)項(xiàng)目。

5 預(yù)防性養(yǎng)護(hù)技術(shù)

5.1 微表處

微表處與稀漿封層類似，且在材料彈性和高低溫性能、強(qiáng)度形成和抗滑西能上有顯著改善，適用范圍更廣。一般適用于路面早期出現(xiàn)輕微病害情況，避免病害的發(fā)展，在預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施中使用較為普遍。

5.1.1 材料

微表處施工材料主要是改性乳化瀝青、礦料、填料、添加劑、水和玻璃纖維，各項(xiàng)材料的性能應(yīng)該滿足規(guī)范要求?；旌狭系呐浜媳仍O(shè)計(jì)應(yīng)滿足規(guī)范要求，并與項(xiàng)目環(huán)境和施工方案（單層或分層攤鋪，是否車轍填充等）相適應(yīng)?；旌狭习吹V料粒徑不同，可分為MS-2型（主要用于高等級公路罩面和車轍填充）和MS-3型（適用于二級及以下等級公路）。

5.1.2 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備（配合比、試驗(yàn)段、設(shè)備調(diào)試、原路面處理或補(bǔ)強(qiáng)）、路面清掃、測量放樣、攤鋪混合料、初期養(yǎng)護(hù)、開放交通。

5.1.3 注意事項(xiàng)

微表處攤鋪機(jī)的拌和箱推薦大功率雙軸強(qiáng)制拌和攪拌式，同時配有專用的V 型車轍攤鋪槽。原路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足的，不能直接采用罩面，必須根據(jù)情況選擇合適的方法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。微表處施工過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)較多，技術(shù)含量高，需對操作人員做專門系統(tǒng)培訓(xùn)，確保施工中的質(zhì)量控制滿足規(guī)范要求。初期養(yǎng)護(hù)較為重要，封閉期間禁止一切車輛和行人通行。

5.2 復(fù)合封層

復(fù)合封層是在碎石封層上在施工一層稀漿封層、微表處或薄層罩面的雙層處置層技術(shù)。根據(jù)不同的道路狀況，選擇不同的復(fù)合封層方案，同時能發(fā)揮兩種預(yù)防性養(yǎng)護(hù)措施的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到更好的養(yǎng)護(hù)效果。目前，非洲地區(qū)使用較多的開普封層（CAPE SEAL），它是在碎石封層上進(jìn)行微表處或稀漿封層，形成復(fù)合表面磨耗層。上層稀漿封層的使用，能夠改善底層碎石封層石料早期脫落的問題，同時能夠提高封層的防水性能和抗滑構(gòu)造深度，改善路面其他和美觀。最初開普封層主要用于低等級公路，但隨著瀝青材料的發(fā)展，以改性瀝青或橡膠瀝青碎石封層為底層的開普封層，在高等級公路養(yǎng)護(hù)中也有廣泛應(yīng)用。

5.2.1 材料

早期的開普封層主要使用中凝稀釋瀝青/乳化瀝青碎石封層和稀漿封層，隨著材料科技的發(fā)揮，橡膠瀝青、SBS改性瀝青在封層中廣泛適用，稀漿封層中也多添加玻璃纖維，以改善封層的使用性能。石料、稀漿封層混合料均應(yīng)滿足規(guī)范要求，混合料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮工程因素和施工因素。

5.2.2 施工工藝流程

先施工底層碎石封層，碎石封層施工完畢后，其表面干燥、不粘輪時即可攤鋪稀漿封層，通常晴朗天氣條件下，碎石封層與稀漿封層施工間隔時間24h。碎石封層和稀漿封層各自施工工藝仍應(yīng)遵循其原有工藝要求。

5.2.3 注意事項(xiàng)

底層碎石封層集料粒徑和上層稀漿封層混合料類型搭配相對固定，但不同國家運(yùn)用有差異。美國國內(nèi)多采用6mm～7mm單一粒徑碎石封層，南非多采用10mm～12mm 單一粒徑碎石封層。用于高等級路面養(yǎng)護(hù)，建議采用橡膠瀝青，可以很好地抑制裂縫的反射。

5.3 薄層罩面

薄層罩面是一種具有較大構(gòu)造深度、抗滑性能好的磨耗層，主要用于提高道路瀝青表面層服務(wù)功能，厚度一般在25mmmm～35mm。薄層罩面適用于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度足夠、瀝青層表面狀況尚好的路面，允許路面有輕微病害；多用于大交通量的路面及路面出現(xiàn)量大且范圍廣的非結(jié)構(gòu)性病害情況。

5.3.1 材料

原材料和瀝青混合料指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范要求。試驗(yàn)室檢測項(xiàng)目和施工現(xiàn)場檢測頻率應(yīng)符合規(guī)范要求。

5.3.2 施工工藝流程

由于罩面層較薄，混合料攤鋪碾壓過程中易冷卻，同時需要控制振動碾壓作業(yè)，避免集料碾壓破碎。工藝控制重點(diǎn)為混合料設(shè)計(jì)、施工過程溫度控制、壓實(shí)機(jī)械選型和碾壓方案制定。

5.3.3 注意事項(xiàng)

混合料攤鋪時避免離析，確保攤鋪和碾壓溫度，表面無明顯輪跡。罩面成型后須根據(jù)混合料溫度（＜50°C）控制開放交通時間。罩面層橫坡應(yīng)與整幅路面保持一致，避免路面橫向排水順暢。

6 結(jié)語

預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的良好經(jīng)濟(jì)效益已經(jīng)得到公路基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)各方的認(rèn)可，相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用已經(jīng)日趨普遍。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵在于“及時介入”，即對擬養(yǎng)護(hù)路面進(jìn)行宏觀和微觀評價確定養(yǎng)護(hù)時機(jī)。養(yǎng)護(hù)效果的發(fā)揮取決于能否“對癥下藥”，即根據(jù)評價結(jié)果，綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和適用性，靈活地選用最佳預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)。以安哥拉CN項(xiàng)目為例，詳細(xì)分析了預(yù)養(yǎng)護(hù)技術(shù)的決策和使用后效果，決策流程和養(yǎng)護(hù)技術(shù)在南部非洲地區(qū)比較具有典型性，可供其他項(xiàng)目參考。