采用铣刨工艺是保证高等级道路养护质量的必要条件

赵进武

（山西省朔州市交通局，山西 朔州 036002）

在现代交通道路领域，通常将二级及以上等级道路称为高等级道路（高速公路是目前最高等级的道路形式）。由于勘测、设计和施工要求较高，同时考虑到其使用的特殊性（如高速公路必须具备多车道双向封闭运行等功能）因此高等级道路的养护工程作业工艺与其他道路相较亦具有一定的特殊性。认识这些特殊情况，有的放矢地进行作业，才能达成高等级道路的养护工程作业的高质量和高效率。

1 高等级道路的养护工程作业的特点

在世界范围内，交通建设与整个国家的经济发展息息相关，这已为国际现代经济学术界所公认。我国等级公路的保有量逐年大幅递增，其中二级以上高等级道路的路面形式主要是沥青混凝土材料，水泥混凝土路面仅占很少的比例。显然，高等级道路和沥青路面已成为我国陆路客货运输的主要形式，其中作为目前国内外最高等级道路形式的高速公路在我国大陆的建成通车里程已超过10×104km（2013年年底）。高速公路的快速建设，使我国在改革开放后迅速进入高速交通时代，它不仅对整个国民经济的发展具有重要意义，而且也使我国的道路交通科技得到跨越式进步，促进了整个民族的科技进步。但以高速公路为代表的高等级道路的基本特性决定了它所具有下述特点。

a）设计和建设等级高。

b）普遍应用高性能筑路材料。

为保证道路的设计性能，以改性沥青为代表的高性能筑路材料大量采用。如以SBS为改性剂经高温溶胀和高速剪切等工艺制作的SBS改性沥青作黏结剂的沥青混凝土材料能够使道路的承载能力和服务寿命显著提高。同时，由于道路对冬季严寒和夏季高温的温度敏感性明显下降，就使得道路早期病害的出现得到有效的遏制。

除改性沥青外，高等级道路还采用了SMA（沥青马蹄脂）、RCC（高碾压混凝土）等新型结构、材料设计和施工，这些新材料和新工艺的应用使得高等级道路的使用性能进一步提高。笔者参与施工的山西大（同）运（城）高速公路朔州路段在面层普遍采用SBS改性沥青和SMA材料，在基层大量采用RCC和高性能无纺土工布布设等新工艺，使该路段建成通车10多年来，面层和基层至今保持完好，道路的服务功能得到良好的保持。

c）普遍采用桥梁、立交和隧道。

高等级道路的设计和建设等级较其他道路明显要高，这就要求道路的线型较为平直，坡度较小，曲率半径较大。有鉴于此，在高等级道路上很多地段会普遍采用桥梁、立交和隧道结构，这在以山西为代表的山地丘陵地带更为突出。

2 采用路面铣刨机械完成道路病害清除的优越性

虽然高等级道路的设计和建设等级较其他道路明显为高，但在车辆的长期重载碾压和自然光候侵蚀双重作用之下，道路病害的出现也是必然的现象。笔者所处的山西省是全国能源重化工基地，每年仅原煤的输出量即达数千万吨，使得运煤车辆的荷载很大，其结果使得道路病害的产生更为严重。以高速公路为代表的高等级沥青路面在通车1年之后，会陆续产生以纵横网裂（或不规则裂纹）、松散和拥包等道路病害。实践和长期统计结果显示，上述道路病害的生成数量与道路建成后的通车使用年限有直接关系，且随通车时间的延长成指数增加[1]（图1）。

图1 高等级道路路面病害的产生数量与通车年限的关系

相对于高等级道路，由于其车流量较大，往往是交通干线的重要枢纽，就要求对道路病害进行快速消除，以对交通流的影响减至最小。特别是高等级道路的车行速度较快（高速公路更达100 km以上），道路病害的存在更是严重的交通隐患之一。道路病害的快速消除工艺，传统式有2种方法，即挖切填料修补法和上部加层覆盖修补法。前者适于修补小型局部病害（单个病害面积一般小于等于2 m2），后者适于修补较大面积的路面病害。

2.1 上部加层覆盖修补法的弊端

a）在桥梁、立交和隧道路段，加层覆盖修补会增加道路高程，使桥梁下部和隧道段道路的通过高度减小，使桥梁的承载静荷载严重增加。

b）已出现病害路段的面层本已出现问题，若仅是在上部加层覆盖修补，其原有问题仍然存在而形成新病害的隐患。

显然，现有工艺已难以适应高等级道路发展的需要，必须寻求新的解决办法。

2.2 铣刨工艺完成道路病害清除的优越性

a）道路病害铣刨时仅挖切出现病害的层面材料，不会伤及下部基础。

b）出现病害的层面材料挖切后，形成非常规则的矩形切槽，底部呈现规矩的毛面，这为新混合料的填补和新旧材料的良好结合提供了条件，明显提高了道路修补质量和使用寿命。

c）新混合料的填补仅是补充铣刨后形成的矩形切槽，故完成修补后的道路表面高程与原路面相同。

d）以铣刨工艺完成道路病害的清除作业时，挖切后形成的旧路面材料呈现均匀和纯净状态，杂质含量很少，这为其重新再生利用创造了良好的条件。

由此分析，采用铣刨工艺完成道路病害的清除具有很多优越性，且具有明显的经济效益。这些优点恰恰是对原传统作业工艺固有弱点的有效克服。

3 路面铣刨机械及其作用工艺的发展趋势

a）装机功率的加大有效地提高了整机储备功率和作业效率，以适应下述需求。

（a）道路等级的提高使得铣刨深度的进一步提高。目前，某些大型铣刨机的作业深度大于等于250 mm，作业宽度已达3 500 mm以上。这个厚度与大多高等级道路的面层厚度基本相当。它的作业使得对沥青路面全厚度进行铣刨作业能够一次完成。这对于提高作业效率、降低作业成本、减少施工周期和尽速开放交通是十分重要的。

（b）以改性沥青为黏结剂生产的沥青混凝土材料铺筑的沥青路面具有更大的应力和强度[2]，铣刨机的作业必须与之相适应。

（c）铣刨机的作业效率与装机功率的大小并非直线规律。大量工程实践表明，装机功率的加大与铣刨机的作业效率非同倍数提高。在相同作业条件下，功率增加后的作业效率呈现如式（1）关系:

式中：pw为功率增加后的作业效率，m2/h；k为作业效率递增系数，取1.5～3；Δ为功率增加率，即增加后的总功率和原功率的差值与原功率之比；p0为功率增加前的作业效率，m2/h。

因此，适当提高驱动功率对于提高铣刨机的作业效率意义重大。

b）自动化程度的提高使作业效果、作业可靠性及施工安全性进一步提高，这主要表现在下述方面。

（a）光学技术应用和新型液压技术的进步使铣刨机的自动找平技术更为精确和完善。

（b）设备的自动化故障诊断技术的开发和应用使其对恶劣的作业环境具有更好的适应性。同时派生的施工过程安全保护装置能够自动规避可能的误操作（如超负荷作业和行走、作业时的整机失稳等），从而形成设备和作业操作人员的安全保障。

4 总结

我国道路交通事业的快速发展，特别是道路等级的提高要求必须采用合适的养护工艺和作业设备。以铣刨设备为代表的各类现代化机械设备的需求会越来越大，特别是随着我国20世纪80年代开始修建的高速公路已普遍面临大修期的到来，相信铣刨机械在道路养护工程中的应用具有广阔的前景。