公路全壽命周期養護施工技術初探

武曉玲

(山丹縣交通規劃設計隊,甘肅 張掖 734100)

公路養護并非一次性工程,而是要伴隨公路整個生命周期的系統性工程,因此,在實際的公路養護工作中,要根據公路實際情況,制定技術可行且經濟合理的全壽命周期養護方案,以此使保證養護效果,確保公路安全、穩定運行。

1 工程概況

公路總長約133.3 km,所有路面均為瀝青路面,現以其第二合同段為例,對其全壽命周期養護工作進行分析。該合同段的起、迄樁號為K37+000～K170+300,按雙向四車道標準設計,路基設計寬度為17.0 m,設計時速80 km/h,其路面結構層次從上至下依次為:改性瀝青混凝土抗滑層,層厚4 cm;中粒式瀝青混凝土上面層,層厚6 cm;粗粒式瀝青混凝土下面層,層厚8 cm;熱瀝青瓜米石下封層;6%水穩碎石上基層,層厚20 cm;5%水穩碎石底基層,層厚20 cm。截至目前,該路段已連續通車3年,在通車1年后部分路段就出現一些病害,如裂縫與車轍等,但通過綜合檢測,并未發現結構性病害。

2 全壽命周期養護

通過對技術可行性、經濟合理性等的綜合考慮,針對該合同段存在的病害問題,制定有效的養護措施,在病害相對嚴重的段落,如K37+100～K44+740,采用超薄磨耗層技術進行養護;在沒有采取預防性養護措施的段落,如K44+740～K104+870,在采用超薄磨耗層的基礎上,對裂縫病害較為嚴重的段落采用微表處技術進行處理;另外,對K104+870～K170+300只進行微表處處理。另外,為達到預期的全壽命周期養護目標,在嚴格控制養護資金的基礎上,制定如下養護計劃:以上養護工作完成1年后,對病害路段進行局部補強,及時發現并處理裂縫、坑槽和松散等病害;以上養護工作完成2年后,通過鋪設超薄磨耗層或橡膠瀝青應力吸收層或采用微表處技術處理路面的細微裂縫,并提高路面的抗滑能力;以上養護工作完成3年后,進行必要的大面積處治;以上養護工作完成4年后,對病害路段進行局部補強,及時發現并處理裂縫、坑槽和松散等病害;以上養護工作完成5年后,鋪設橡膠瀝青應力吸收層;以上養護工作完成6年后,對病害路段進行局部補強,及時發現并處理裂縫、坑槽和松散等病害;以上養護工作完成7年后,鋪設厚度在4～6 cm范圍內的改性瀝青罩面層;以上養護工作完成8年后,對病害路段進行局部補強,及時發現并處理裂縫、坑槽和松散等病害;以上養護工作完成9年后,對病害路段進行局部補強,及時發現并處理裂縫、坑槽和松散等病害;以上養護工作完成10年后,對病害路段進行局部補強,及時發現并處理裂縫、坑槽和松散等病害;以上養護工作完成11年后,對裂縫與車轍相對嚴重的部位采用開普封層或微表處技術進行處治。

3 養護效果分析

對于公路養護效果,主要從結構狀況與路面功能入手進行評價。其中,結構狀況主要是指結構的承載力,根據公路所在地區管理部門提出的全壽命周期養護實施計劃,所采取的超薄磨耗層技術與微表處技術都能起到對路面上的裂縫進行封閉,并改善路面抗滑性能的作用,但都無法改善結構強度[1]。在功能方面,路面需保證行車舒適度與安全性。基于此,可采用路面狀況指數與路面抗滑性能指數來衡量實際養護效果。其中,路面狀況指數主要和路面完好程度有關,能直接反映出路面破損狀況;而路面抗滑性能指數用于反映出路面具有的抗滑能力,如果路面的抗滑性能指數較低,將影響路面行車安全[2]。以這兩個指數的數值大小為依據,并結合相關規定,可確定適應的維修養護方法[3]。

在以上養護工作開始前,采用以橫向力系數為基礎的抗滑性能專門檢測裝置對上、下行路面的實際抗滑性能進行檢測,具體的檢測結果為:本次檢測工作共進行了5次,相鄰兩次檢測的間隔時間為4個月,其中,第一次檢測的結果為上、下行路面狀況指數與抗滑性能指數均為100;第二次檢測的結果為上行路面狀況指數91.5、抗滑性能指數93.2;下行路面狀況指數97.8、抗滑性能指數93.0;第三次檢測的結果為上行路面狀況指數88.6、抗滑性能指數62.4;下行路面狀況指數86.0、抗滑性能指數62.7;第四次檢測的結果為上行路面狀況指數74.6、抗滑性能指數32.1;下行路面狀況指數73.5、抗滑性能指數37.4;第五次檢測的結果為上行路面狀況指數91.5、抗滑性能指數已無法測出;下行路面狀況指數97.8、抗滑性能指數已無法測出。

而經過超薄磨耗層與微表處等預防性養護處理之后,上、下行路面的路面狀況指數與抗滑性能指數均得到很大的提升,比如上行路面的抗滑性能指數可以從之前的無法測出提升到85.5,而下行路面的抗滑性能指數也可以從之前的無法測出提升到86.7,且整條線路中抗滑性能指數可以達到良及以上的段落長度可達94.6%,可見通過適當的預防性養護可起到提高路面抗滑性能的作用,養護效果顯著。

該路段的下行路面養護開始時間稍早于上行,根據路況實測結果可知,下行路面實際狀況比上行略好,其路面狀況指數均在80以上,但上行的路面狀況指數存在較大的波動,且平均值在60以內,即便在養護完成后上行路面狀況指數也有很大的降低幅度。從中可以看出選擇適宜的養護時機對保證養護效果的重要性,即養護進行的越及時,越能保證養護的改善效果[4]。

從養護實踐可以看出,在一項養護措施完全落實后,路面使用性能必然得到改善,使路面性能曲線產生明顯的上拐點,此時,性能曲線在養護之前和之后所形成的區域的面積,即為養護效益。通過對不同方案的綜合對比,根據等效年度費用對不同方案開展效益費用比方面的對比。該路段前期養護的效益費用比為上行12.6%,下行12.9%;全壽命周期養護對應的效益費用比為上行25.4%,下行26.2%。可以看出,全壽命周期養護對應的效益費用比更大,即能取得更好的養護效益。上行路面養護效益費用比始終低于下行路面的原因為下行路面的預防性養護先于上行路面進行[5]。

4 全壽命周期養護建議

(1)精細化養護將精、細、準、嚴作為原則,通過保證養護決策科學性、逐步實現機械化與規范養護作業人員自身操作來提高養護效益。對養護工作而言,日常養護作為重要基礎,可及時發現并解決細微病害,防止或延緩功能性破壞及性能衰退[6]。

通過引入先進可行的檢測技術與裝備對公路實施定期監測,以此準確把控公路技術狀況,使其安全水平及可使用狀態始終處在可接受范圍。根據主動檢測成果分析結果,能確定公路當前保持的性能狀況和未來一段時間范圍內的性能衰變規律,從而及時采取專門的措施,使被動養護真正變成主動,將潛在的病害消除在萌芽階段,減慢性能衰減速度,最終延長設施的使用壽命。

鑒于當前交通流量持續增大,同時車輛通行晝夜不間斷的現狀,要減少或避免養護導致交通堵塞,提高養護工作的機械化水平成為滿足這一要求的重要舉措。在養護中采用機械化方法除了能利用機械完成各類養護工作,還能以養護工程不同因素為依據,對機械設備進行科學配備與使用,確保養護機械設備各項技術參數及數量達到相互協調,從而高效且安全的完成各類養護任務,并達到預期養護效果。但要注意養護機械和所用養護工藝之間的匹配性,并加強機械管理,包括使用和維修,通過制定科學的管理與控制流程,保證機械設備完好率,使機械長時間保持良好性能及可靠性,最終在充分發揮應有效用的基礎上,為企業創造更多經濟效益[7]。

以全壽命設計為基礎,對于日常養護維修與實施檢測,對養護數據采集過程進行規范,能起到保證采集信息準確性與有效性的作用。通過加強培訓提高全體養護人員自身信息化理念,使他們在日常養護工作中重視并做好數據記錄。全壽命周期養護管理必須更加重視人員自身意識的培養與教育,因為養護人員往往貫穿整個養護管理過程,他們對養護質量形式的認識與意識,以及養護作業操作水平都十分重要,對整個壽命周期范圍內不同環節的工作質量造成本質上的影響。

在養護維修工作正式開始前,應綜合考慮交通量和外界環境等影響因素,開展材料比選。以設備維修具體要求和現狀為依據,選擇合理可行的材料,并配合相應的養護工藝及機械,能有效保證維修質量。在養護維修工作的后期,還要定期對維修段所用材料的技術性能實施跟蹤檢測及分析評估,以此積累更多養護經驗,豐富養護數據庫。

(2)針對預防性養護開展專項工程有很高的復雜程度與系統性,需要從多個方面入手把控。以預防性養護為基礎的專項養護,它的有效性與經濟性受養護時機直接影響。從本質上講,只有在最合適的時機對最需要的部位采取最有效的預防性養護措施,才能使預防性養護達到理想的成效。就目前來看,國內外相關研究人員提出了很多可用于確定最佳養護時機的方法,如RQI法、DI法、全壽命周期評估法、決策樹法與效益費用評估法。不論采用何種方法,都需要在預防性養護開始前選擇最佳時機,這是使養護經濟達到最大的關鍵所在。如果預防性養護實施的過早,則會導致資源浪費,甚至還會造成相反的效果;而如果預防性養護實施的過遲,則會無法達到預期效果,使養護完成后的壽命較短[8]。

首先,在養護材料和工藝方面,選擇了具體的養護時機以后,還需要制定專門的養護方案。目前較常見的預防性養護方法包括瀝青還原、霧狀封層、含砂霧封層、復合封層、同步碎石封層及微表處等,具體要根據路段主要病害類型及嚴重程度確定適宜的養護方法。其次在技術狀況的把控方面,為確定適宜的養護時機、工藝與材料,還需要做好技術狀況的把控,按照養護的既定目標,在不同時機確定是否需要開展預防性養護。另外,確定公路主要病害類型及其嚴重程度,是下一步因地制宜進行養護工藝和材料選擇的基礎。再次,在費用效益分析方面,按照全壽命周期分析的基本理念,在設施的全壽命周期范圍內,其養護規劃存在同時滿足性能與經濟指標的措施序列,基于此,要對所有方案的效益綜合及費用現值總和之比進行計算,將這一比值最大的方案作為首選養護方案。最后,在以養護規劃為基礎的設備大中修養護方面,根據全壽命周期管理理念可知,通過科學的日常養護,并開展預防性養護,能起到減少花費較高的大中修的作用。在設施結構實際承載力下降至一定程度后,往往需要通過大中修才能實現養護目標。對于大中修養護,其時機確定方法和預防性養護相似,都可以采用以技術狀況評價結果為依據的方法。

5 結 語

綜上所述,通過預防性養護能在解決路面早期病害的同時改善路面性能,并防止在日后使用中出現新病害,為了使預防性養護具有的作用得以長效發揮,應開展全壽命周期預防性養護,這也是因為預防性措施都有其自己的使用年限。另外,預防性養護效果還和養護時機的確定有直接關系,選擇適宜的養護時機對保證養護效果有重要作用,需引起相關人員的高度重視。