公路全寿命周期养护施工技术初探

武晓玲

(山丹县交通规划设计队,甘肃 张掖 734100)

公路养护并非一次性工程,而是要伴随公路整个生命周期的系统性工程,因此,在实际的公路养护工作中,要根据公路实际情况,制定技术可行且经济合理的全寿命周期养护方案,以此使保证养护效果,确保公路安全、稳定运行。

1 工程概况

公路总长约133.3 km,所有路面均为沥青路面,现以其第二合同段为例,对其全寿命周期养护工作进行分析。该合同段的起、迄桩号为K37+000～K170+300,按双向四车道标准设计,路基设计宽度为17.0 m,设计时速80 km/h,其路面结构层次从上至下依次为:改性沥青混凝土抗滑层,层厚4 cm;中粒式沥青混凝土上面层,层厚6 cm;粗粒式沥青混凝土下面层,层厚8 cm;热沥青瓜米石下封层;6%水稳碎石上基层,层厚20 cm;5%水稳碎石底基层,层厚20 cm。截至目前,该路段已连续通车3年,在通车1年后部分路段就出现一些病害,如裂缝与车辙等,但通过综合检测,并未发现结构性病害。

2 全寿命周期养护

通过对技术可行性、经济合理性等的综合考虑,针对该合同段存在的病害问题,制定有效的养护措施,在病害相对严重的段落,如K37+100～K44+740,采用超薄磨耗层技术进行养护;在没有采取预防性养护措施的段落,如K44+740～K104+870,在采用超薄磨耗层的基础上,对裂缝病害较为严重的段落采用微表处技术进行处理;另外,对K104+870～K170+300只进行微表处处理。另外,为达到预期的全寿命周期养护目标,在严格控制养护资金的基础上,制定如下养护计划:以上养护工作完成1年后,对病害路段进行局部补强,及时发现并处理裂缝、坑槽和松散等病害;以上养护工作完成2年后,通过铺设超薄磨耗层或橡胶沥青应力吸收层或采用微表处技术处理路面的细微裂缝,并提高路面的抗滑能力;以上养护工作完成3年后,进行必要的大面积处治;以上养护工作完成4年后,对病害路段进行局部补强,及时发现并处理裂缝、坑槽和松散等病害;以上养护工作完成5年后,铺设橡胶沥青应力吸收层;以上养护工作完成6年后,对病害路段进行局部补强,及时发现并处理裂缝、坑槽和松散等病害;以上养护工作完成7年后,铺设厚度在4～6 cm范围内的改性沥青罩面层;以上养护工作完成8年后,对病害路段进行局部补强,及时发现并处理裂缝、坑槽和松散等病害;以上养护工作完成9年后,对病害路段进行局部补强,及时发现并处理裂缝、坑槽和松散等病害;以上养护工作完成10年后,对病害路段进行局部补强,及时发现并处理裂缝、坑槽和松散等病害;以上养护工作完成11年后,对裂缝与车辙相对严重的部位采用开普封层或微表处技术进行处治。

3 养护效果分析

对于公路养护效果,主要从结构状况与路面功能入手进行评价。其中,结构状况主要是指结构的承载力,根据公路所在地区管理部门提出的全寿命周期养护实施计划,所采取的超薄磨耗层技术与微表处技术都能起到对路面上的裂缝进行封闭,并改善路面抗滑性能的作用,但都无法改善结构强度[1]。在功能方面,路面需保证行车舒适度与安全性。基于此,可采用路面状况指数与路面抗滑性能指数来衡量实际养护效果。其中,路面状况指数主要和路面完好程度有关,能直接反映出路面破损状况;而路面抗滑性能指数用于反映出路面具有的抗滑能力,如果路面的抗滑性能指数较低,将影响路面行车安全[2]。以这两个指数的数值大小为依据,并结合相关规定,可确定适应的维修养护方法[3]。

在以上养护工作开始前,采用以横向力系数为基础的抗滑性能专门检测装置对上、下行路面的实际抗滑性能进行检测,具体的检测结果为:本次检测工作共进行了5次,相邻两次检测的间隔时间为4个月,其中,第一次检测的结果为上、下行路面状况指数与抗滑性能指数均为100;第二次检测的结果为上行路面状况指数91.5、抗滑性能指数93.2;下行路面状况指数97.8、抗滑性能指数93.0;第三次检测的结果为上行路面状况指数88.6、抗滑性能指数62.4;下行路面状况指数86.0、抗滑性能指数62.7;第四次检测的结果为上行路面状况指数74.6、抗滑性能指数32.1;下行路面状况指数73.5、抗滑性能指数37.4;第五次检测的结果为上行路面状况指数91.5、抗滑性能指数已无法测出;下行路面状况指数97.8、抗滑性能指数已无法测出。

而经过超薄磨耗层与微表处等预防性养护处理之后,上、下行路面的路面状况指数与抗滑性能指数均得到很大的提升,比如上行路面的抗滑性能指数可以从之前的无法测出提升到85.5,而下行路面的抗滑性能指数也可以从之前的无法测出提升到86.7,且整条线路中抗滑性能指数可以达到良及以上的段落长度可达94.6%,可见通过适当的预防性养护可起到提高路面抗滑性能的作用,养护效果显著。

该路段的下行路面养护开始时间稍早于上行,根据路况实测结果可知,下行路面实际状况比上行略好,其路面状况指数均在80以上,但上行的路面状况指数存在较大的波动,且平均值在60以内,即便在养护完成后上行路面状况指数也有很大的降低幅度。从中可以看出选择适宜的养护时机对保证养护效果的重要性,即养护进行的越及时,越能保证养护的改善效果[4]。

从养护实践可以看出,在一项养护措施完全落实后,路面使用性能必然得到改善,使路面性能曲线产生明显的上拐点,此时,性能曲线在养护之前和之后所形成的区域的面积,即为养护效益。通过对不同方案的综合对比,根据等效年度费用对不同方案开展效益费用比方面的对比。该路段前期养护的效益费用比为上行12.6%,下行12.9%;全寿命周期养护对应的效益费用比为上行25.4%,下行26.2%。可以看出,全寿命周期养护对应的效益费用比更大,即能取得更好的养护效益。上行路面养护效益费用比始终低于下行路面的原因为下行路面的预防性养护先于上行路面进行[5]。

4 全寿命周期养护建议

(1)精细化养护将精、细、准、严作为原则,通过保证养护决策科学性、逐步实现机械化与规范养护作业人员自身操作来提高养护效益。对养护工作而言,日常养护作为重要基础,可及时发现并解决细微病害,防止或延缓功能性破坏及性能衰退[6]。

通过引入先进可行的检测技术与装备对公路实施定期监测,以此准确把控公路技术状况,使其安全水平及可使用状态始终处在可接受范围。根据主动检测成果分析结果,能确定公路当前保持的性能状况和未来一段时间范围内的性能衰变规律,从而及时采取专门的措施,使被动养护真正变成主动,将潜在的病害消除在萌芽阶段,减慢性能衰减速度,最终延长设施的使用寿命。

鉴于当前交通流量持续增大,同时车辆通行昼夜不间断的现状,要减少或避免养护导致交通堵塞,提高养护工作的机械化水平成为满足这一要求的重要举措。在养护中采用机械化方法除了能利用机械完成各类养护工作,还能以养护工程不同因素为依据,对机械设备进行科学配备与使用,确保养护机械设备各项技术参数及数量达到相互协调,从而高效且安全的完成各类养护任务,并达到预期养护效果。但要注意养护机械和所用养护工艺之间的匹配性,并加强机械管理,包括使用和维修,通过制定科学的管理与控制流程,保证机械设备完好率,使机械长时间保持良好性能及可靠性,最终在充分发挥应有效用的基础上,为企业创造更多经济效益[7]。

以全寿命设计为基础,对于日常养护维修与实施检测,对养护数据采集过程进行规范,能起到保证采集信息准确性与有效性的作用。通过加强培训提高全体养护人员自身信息化理念,使他们在日常养护工作中重视并做好数据记录。全寿命周期养护管理必须更加重视人员自身意识的培养与教育,因为养护人员往往贯穿整个养护管理过程,他们对养护质量形式的认识与意识,以及养护作业操作水平都十分重要,对整个寿命周期范围内不同环节的工作质量造成本质上的影响。

在养护维修工作正式开始前,应综合考虑交通量和外界环境等影响因素,开展材料比选。以设备维修具体要求和现状为依据,选择合理可行的材料,并配合相应的养护工艺及机械,能有效保证维修质量。在养护维修工作的后期,还要定期对维修段所用材料的技术性能实施跟踪检测及分析评估,以此积累更多养护经验,丰富养护数据库。

(2)针对预防性养护开展专项工程有很高的复杂程度与系统性,需要从多个方面入手把控。以预防性养护为基础的专项养护,它的有效性与经济性受养护时机直接影响。从本质上讲,只有在最合适的时机对最需要的部位采取最有效的预防性养护措施,才能使预防性养护达到理想的成效。就目前来看,国内外相关研究人员提出了很多可用于确定最佳养护时机的方法,如RQI法、DI法、全寿命周期评估法、决策树法与效益费用评估法。不论采用何种方法,都需要在预防性养护开始前选择最佳时机,这是使养护经济达到最大的关键所在。如果预防性养护实施的过早,则会导致资源浪费,甚至还会造成相反的效果;而如果预防性养护实施的过迟,则会无法达到预期效果,使养护完成后的寿命较短[8]。

首先,在养护材料和工艺方面,选择了具体的养护时机以后,还需要制定专门的养护方案。目前较常见的预防性养护方法包括沥青还原、雾状封层、含砂雾封层、复合封层、同步碎石封层及微表处等,具体要根据路段主要病害类型及严重程度确定适宜的养护方法。其次在技术状况的把控方面,为确定适宜的养护时机、工艺与材料,还需要做好技术状况的把控,按照养护的既定目标,在不同时机确定是否需要开展预防性养护。另外,确定公路主要病害类型及其严重程度,是下一步因地制宜进行养护工艺和材料选择的基础。再次,在费用效益分析方面,按照全寿命周期分析的基本理念,在设施的全寿命周期范围内,其养护规划存在同时满足性能与经济指标的措施序列,基于此,要对所有方案的效益综合及费用现值总和之比进行计算,将这一比值最大的方案作为首选养护方案。最后,在以养护规划为基础的设备大中修养护方面,根据全寿命周期管理理念可知,通过科学的日常养护,并开展预防性养护,能起到减少花费较高的大中修的作用。在设施结构实际承载力下降至一定程度后,往往需要通过大中修才能实现养护目标。对于大中修养护,其时机确定方法和预防性养护相似,都可以采用以技术状况评价结果为依据的方法。

5 结 语

综上所述,通过预防性养护能在解决路面早期病害的同时改善路面性能,并防止在日后使用中出现新病害,为了使预防性养护具有的作用得以长效发挥,应开展全寿命周期预防性养护,这也是因为预防性措施都有其自己的使用年限。另外,预防性养护效果还和养护时机的确定有直接关系,选择适宜的养护时机对保证养护效果有重要作用,需引起相关人员的高度重视。