山東永久性路面秘密 路下鋪設(shè)眾多傳感器及檢測設(shè)備
每年總有些要翻修的公路,即使剛建成不久,也會修來修去。那么,為什么不造一條“長壽路”呢?事實上,長深高速濱州段就這樣做了,建設(shè)了“永久性路面”,自2005年通車后,每天約有1萬車次從這里經(jīng)過,但路面依舊如新,更沒有修過,這里面究竟藏著什么秘訣呢?
美國瀝青路面協(xié)會(APA)對永久性或者長壽命瀝青路面的定義是指設(shè)計年限達50年的瀝青路面。在設(shè)計年限內(nèi)無結(jié)構(gòu)性修復(fù)和重建,僅需根據(jù)表面層損壞狀況進行周期性的修復(fù)。長深高速濱州段高速便是一條“永久性路面”的試驗路面,看上去與普通路面沒什么區(qū)別,但為什么自通車后的六年里就沒有修過呢?原來它的玄機都藏在路下。
為了對比哪種路面結(jié)構(gòu)更適合中國,這段僅有5000米的試驗路面有5種路面結(jié)構(gòu),其中有4段路面被稱為“永久性路面”或者“長壽命瀝青路面”。永久性路面理論誕生于美國,不過由于國外交通壓力不像中國這么大,很多年只停留在理論和實驗室階段。然而在中國山東,這一理論卻開花結(jié)果,取得了前所未有的成功。
“永久性路面”只是個簡稱,課題全稱為“永久性瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法、關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”,參與課題的中外人員有四五十人,由山東省交通廳組織山東省交通廳公路局、山東省交通科學(xué)研究所、山東省濱州市公路局、山東公路(集團)公司等單位和美國國家瀝青研究中心(NCAT)、美國聯(lián)邦公路局、美國印第安納州交通部、美國海瑞集團公司合作完成。
這條高速公路上每一個紅點下面都有一個傳感器,黑色的是軸傳感器,黃色的是數(shù)據(jù)線。在馬路上一個Z字圖形,在Z字圖形旁邊的馬路護欄外,還有一個水泥混凝土的小房子。這就是一個采集箱,里面安裝有數(shù)據(jù)采集儀器。
現(xiàn)在的高速公路都是瀝青路面,不像橋梁、大壩等,可以比較準確地計算出受力狀態(tài)。瀝青本身有黏性、彈性和塑性,每個季節(jié)的特點不完全一樣,再加上水的作用,要準確判斷它在路面的受力狀況是非常困難的事情。5000米的路面做了5種結(jié)構(gòu),當時參與課題的美國方面提了3種結(jié)構(gòu),瀝青層都比較厚,造價也比較高。中國根據(jù)國內(nèi)實際提了一種結(jié)構(gòu),還有一種高速路的常規(guī)結(jié)構(gòu),然后將5種結(jié)構(gòu)依次鋪上,每種結(jié)構(gòu)從600米到1000米不等。
這個項目的最大意義在于能用數(shù)據(jù)將路面下的各種受力情況表現(xiàn)出來。路面結(jié)構(gòu)疲勞損傷取決于瀝青層底拉應(yīng)變和路基壓應(yīng)變,影響因素主要有交通荷載、路面溫度、路面厚度、材料性質(zhì)。
為了掌握這些情況,實驗人員在5000米的高速公路下方30厘米以下安裝了瀝青應(yīng)變計、土壓力計、溫度計、軸位置測量儀等檢測儀器。在高速路旁邊還安裝了氣象站,獲知實時的大氣溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)。瀝青溫度很高,稍有不慎就可能損壞儀器設(shè)備。光埋在地下的傳感器等設(shè)備,投入就是很大的。國內(nèi)常規(guī)的檢測沒法很準確地檢測出來,因為瀝青路面的特殊性,需要將環(huán)境的工作狀態(tài)和路的狀態(tài)建立起關(guān)系來。瀝青應(yīng)變計每個檢測點是12個,5種結(jié)構(gòu)共有60個。儀器的成活率很高,達到90%以上。為了計算分析課題組建立了典型重載交通道路的軸載譜、氣象管理系統(tǒng)、路面溫度場和動態(tài)力學(xué)響應(yīng)實測數(shù)據(jù)等7個數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)量達100萬組以上,整個數(shù)據(jù)都是公開的,全世界共享。