首先,一些较早修建的高速公路,对底基层的厚度重视不够,而且对它的认识也不够,有的水泥路面甚至取消了底基层。这些方面当时没有一个比较明确的规定,单纯从适应当时已有的设计指标看,可以满足要求,但是路面使用后出现了许多问题。之后,我国的高速公路吸取失败的教训,进行了总结,后期有些改进。1997年颁布的沥青路面规范,包括后来颁布的水泥路面规范,有些部分吸取了国家七五、八五公关项目的一些成果,为后面高速公路质量的提高打下了基础。总的来讲,国家高速公路发展很快,技术、设备储备不够,给前期修建的高速公路带来了不足。这是一个问题。
第二、设计标准与实际情况有差距。例如荷载标准,我国的设计荷载是BZZ-100,实际上,国家道路上行使的超载车辆很多,像京珠高速公路,有的车达到了270kN,在广韶高速公路,有的车辆也达到了170kN左右。显然,这完全超过了的设计标准,路面肯定无法承受。所以这个超载车辆,超载的问题,确实是国家路面面临的一个严重问题。这个问题我和美国一些专家讨论过,美国也有一些重载车,但超载车很少,美国重载车辆一般是在30%左右,但是国家的重载车却占到了60%、70%,甚至是70%或80%的比例,所以路面压力很大。看来这个问题要解决需根据实际的荷载来进行设计或验算。使设计的荷载标准和实际使用车辆的标准要相符。另外,在设计指标方面,也存在一些问题。比如说水泥路面是以混凝土板底弯拉应力进行控制,沥青路面主要以表面弯沉进行控制。弯沉可以反映路面整体的承载能力,但它对结构层性能的反映就比较查。水泥路面也存在指标的问题,水泥路面是一个脆性材料,它的变形是在一个很小的变形情况下开始出现断裂。是不是要像结构设计一样,以刚度来控制设计。沥青路面设计指标不完善大家讨论更多,现在用弯沉指标来设计,往往沥青层、基层、它的拉力问题不能控制。国外把表面的弯沉改为路基变形的控制有一定道理。国家过去测定的表面弯沉70%、80%都是发生在路基。但是有个问题,表面弯沉容易测定,路基弯沉很难做检测,所以怎样使用这个指标这也是一个问题?现在研究用多指标来控制路面结构,这应是今后路面设计的一个趋势,包括把剪切应力、温度收缩应力等都考虑进去。
第三、结构层材料组成的问题,包括石料的规格,石料的品质,石料的级配,这个方面现在控制得不严格。当然实验是做了,采用什么级配,有个要求,但实际上到现场以后,这个方面的控制就比较差,再加上碎石供应很乱,不像国外实现了碎石商品化,要什么样规格的碎石随时就去买,国家不是这样的情况,我国是一边施工,一边在沿途设置料场,给石料控制带来很大困难。希望能够早日的解决这个问题,从而提高石料的品质。再一个就是沥青,沥青供应是比较大的问题。因为我国沥青来源很多,有进口的,有国产的,进口又有很多国外的公司,国内也有很多公司生产沥青,所以往往一条路实际用的沥青品种很多。像广州的某路,它的沥青,能够达到规范软化点要求的,只有约50%、60%左右,有些路段甚至更低,40%、50%达不到国家最低的要求。因为材料结构组成不合理,造成强度相差比较大,同一个路面,可能这里强度好,那里强度差。路面湿度也有变化,这里不透水,那里透水,同一个路面的问题比较多。这些事情一方面是材料本身造成的,一方面是施工造成的。
第四、从路面结构设计来讲,防水排水系统设计得不完善。在表面排水方面做了一些工作,但是在路面结构的排水、路基的排水这个方面还是做得不够,所以往往在路面使用过程中,出现排水结构物堵塞等,导致路面出现沉降、开裂等问题。现在国家对排水的问题比较重视了,但是这方面还有继续做好的需要。
第五、施工的问题。往往设计一个方案,结构是什么,材料是什么等等,还有很多的指标和要求,但是路面的施工,往往跟的设计相差很远。比如动稳定度,国家高速公路目前要求,像南方地区3000到3500,但是实际上,有些只有1000多,有些方4000、5000,甚至超过10000,变化很大,这个问题除跟材料有关系外,还跟施工有关系,施工控制不严。路面施工温度可以相差三十几度,这里可能是140,那边可能是100左右,这样压实就比较困难,达不到要求。另外材料本身,施工过程中要是没控制好,容易引起离析。国家要求路面使用过程中孔隙率是3%-6%,有些实际做出来不到3%,甚至不到1%,大的可能超过10%,这样对路面的使用,带来了很多的问题。孔隙小的易泛油,产生车辙;孔隙大的易透水,产生脱粒、坑洞等。另外关于路面损坏,刚才提到开裂、水损害,应该提出在南方,中部河南、河北以及陕西,车辙破坏也是个问题,有些路使用一两年,车辙达到50、60mm,路面使用不久就要重新铣刨、罩面。
车辙在南方出现比较多,显然车辙问题跟重载、超载关系更大,另外同温度也有关系,像南方的气温,在广东,夏季路面最高的温度达到七十几度,而气温四十度左右,高了三十多度。高温把路面软化了,再加上很重的车上去,肯定要产生车辙。另外材料设计方面对这个问题考虑得还不够。如河北、山东沥青标号为70;广东、广西标号也是70。沥青标号这样全国一致是不合理的。在广东这样的高温地区,使用更硬的沥青,例如50号是完全必要的。这方面问题值得研究。
第六、对路面结构层构成的要求上还不是很明确,比如面层3层,现在大部分是4、6、8cm或4、5、6cm,面层十几cm,而面层、中层、下层究竟它的功能是什么呢?它们的合理厚度应为多少,对它们的要求又是什么?现在是不明确的。我国现在还没有公布的沥青路面修订规范稿,开始注意了这个问题。根据路面功能设计的概念,上面层主要是要稳定、要抗疲劳、要防水、要抗滑、要粗糙。中层主要是抗车辙,车辙是个主要的问题。到了下层,主要是疲劳的问题,当然这个概念跟的上层下层概念有点不同,但是在我国如果把下层理解成是基层的话,的基层现在是半刚性基层,恰恰抗疲劳能力是比较差的,很容易开裂。基层一开裂就形成反射裂纹,反射到路面上就容易使面层开裂,开裂以后造成了很多的问题,比如渗水等。过去对反射裂纹花了很多功夫取研究,但一直解决得不太好,对路面结构层的功能问题要进一步研究,弄清楚以后,对不同层次的要求指标要明确,这样才能把面层设计好。轮胎与路面的接触部分是很复杂的,接触应力对面层影响很大,过去对面层的材料比较重视,比如改性沥青、石料要求的规格也比较好,施工方面也比较重视,所以这一层相对来讲,承受车辆作用应力相对其他层次,显得要好一些。故目前路面主要问题并不是表现在上层,是在中下层。当然不是不重视面层,面层当然要抗滑,要不透水,要稳定,要抗疲劳,对采用的材料要求更高更加严格。但是对中、下层的要求也应明确,根据近来做的工作,建议:在南方要求上面层动稳定度要3500;中面层要3000;下层要800-1000,大长坡和弯道路段不小于1000。老的规范对上面层的要求是800。对下层的材料就没有明确要求。总之,要弄清各结构层的功能和作用,才能够对材料的要求进行控制。
第七、现在还有些新的问题要研究。沥青路面现在有一种叫top-down裂缝,即表面向下的开裂问题。现在研究的大部分是裂纹由上向下发展,反射裂纹是怎样发展等问题。但实际上,调查表明很多裂纹是从上面往下面扩展的。这种裂纹实际上对路面损害比较大,因为一开裂就在表面,表面开裂水就往下走,再加上温度应力,裂纹慢慢扩展,水就流下去,很快会污染到基层了。这个问题过去研究很少,在上个世纪八十年代,日本一些专家在论文里面提到过,世界上很多国家都做过调查,像英国的TRRL,他们在八十年代从现场勘测也发现这个问题。另外还有一个问题就是钢轮碾压产生的开裂。日本在八十年代做过研究,日本和加拿大有个叫做寒冷地区的路面修建技术合作项目,他们做过这个研究,钢轮碾压后,路面会产生很多的裂纹,用放大镜就可以看得见。在温度应力作用下这种应力易发展,所以对于这种裂纹今后要重视。现在对沥青路面存在的开裂、车辙、水损害等破损现象,经过最近几年的研究,已采取了一些措施,水损害相对要好了些。目前南方主要是车辙,北方开裂。南方有些地方因路基下沉,路基不稳定等等,也产生开裂的问题。但是这些基本不是疲劳引起的裂纹。再一个就是温度、温差的问题引起的开裂。我国路面真正目前达到疲劳设计要求的很少,路面早期损坏的主要的原因不是这个。讲超载,应力很大,其应力可能达到抗拉强度的0.7、0.8左右,很容易开裂。
要解决这个问题从路基来讲,要保证路基的稳定性,一些软土地区、盐渍地区的高速公路,往往达不到沉降的要求。一个月5mm,它往往达不到,为了施工的进度,就在沉降未完成的路基做路面,所以往往总承载能力没有达到要求,今后还要进行沉降。从进度跟施工质量要求方面来讲,今后应该怎样去协调,在保证质量的情况下再来谈进度,路面基本的情况才能保证。
从路面来讲,一个是结构,一是材料,要求要更严格。施工方面,如果路面施工比较精细,减少或尽量避免离析的发生,路面损害就会更少。有些省份引进了二次分料器,资金投入并不大,但效果很好。从车辙问题讲还是要解决沥青的问题,沥青对车辙的贡献大概有30%到40%,沥青要求粘结力和软化点达不到要求的话,它的情况会很严重,特别是高温情况下,这个问题就会更严重了。所以车辙问题要从结构,从材料组成设计方面等等方面考虑。在八十年代,我国城市道路规范中加入了抗剪指标,但是公路就一直没有加进去,主要是材料的抗剪强度问题,当时因为要知道抗剪强度,就要做三轴实验,三轴仪比较少,试验本身也比较复杂。另外一个方面,结构层的抗剪切能力要进行检测,比较难。所以对于抗剪指标问题就一直搁置下来了,对材料抗剪方面的要求,要重视起来,这样的话从各个方面来讲就比较完善了。还有一个问题就是超载,现在明明知道这条路不是设计的这个承载重量,实际上它跑的是一倍,甚至二倍的荷载,对这个情况怎么办?国家一下子要解决超载现象,可能还有困难。这个情况可以从设计方面来采取一些措施,如规定要验算荷载,以超载200甚至300的标准来验收,达不到,厚度满足不了要求,对路面进行加厚。当然这样投资会大一点,但从全寿命周期来综合考虑投资问题,这样做是合算的。