浅谈未来公路的特征-设计、施工与养护
2019年9月,国务院印发《交通强国建设纲要》,这将推动交通发展由追求速度规模向更加注重质量效益转变,并着重构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系。我国公路交通领域的公路建设也将由“粗狂式”转变为“精细化”设计、施工与养护。这其中不仅包含着公路设计理念的转变,长寿面路面结构的优化、新型绿色多功能道路材料的研发、智能机械设备的投入、数据的整合与分析与快速高效低碳的养护技术等。
从设计理念出发,当下的设计理念将由“规模化”、“速度化”与“普适性”转变为“绿色低碳化”、“智能化”与“地域差异化”。国内大型横、纵式公路与跨江、海桥梁的建设已进入尾声,伴随而来的是大规模的路面养护与改扩建,中小桥梁的检测、加固与重建等。鉴于过去三十年来重速度不重质量的工程建设,当地城市经济水平的大幅改善与人民审美能力的提高,未来的路桥设计更偏向于“个性化”“精细化”的模式,尤其是以发达城市或自然景点为主。当然,在设计思路上也与传统路桥理念不同,由于滨湖滨海公路或雨洪绿道,或是城市中小型桥梁规模较以往较小,因此可对建筑范围内包括附属物进行个性设计。
以深圳市为例,城市桥梁设计应偏向于前卫化,而非保守化。且应注重于智能化设备大量的投入,在材料的运用上也更激进,大量采用绿色低碳化材料或性能优异但成本高昂的不具备推广性的材料。桥梁附属设施如休憩观光椅、垃圾桶、灯光、音乐播放设备等也应该独立个性化而非标准化设计。

而在路面结构设计上,长寿面路面(路面结构寿命至少长达40年以上)的提出在未来将慢慢占据公路结构设计理念。虽然初期建设费用较高,但日常维护费用较低,服役期的总费用效比最大。
传统的20cm以上沥青路面层+高达40-60cm厚的半刚性水稳基层使得路面反射裂缝与水损害所导致的结构性开裂屡屡发生且成为一个非常棘手的问题,这种开裂与破坏并非只通过表面加铺罩面或是灌缝等能够根本解决的,只能从土基或基层进行加固或者替换才能解决,否则在数年内病害会重复发生。目前长寿面路面结构是从继续优化目前的半刚性基层入手,采用柔+半刚/刚+柔的倒装式结构或采用全厚式沥青混凝土结构等,还是借鉴国外欧美南非等柔性基层路面,即薄面层+级配碎石等柔性基层+原土基结构,目前尚无定论,但我更偏向于第二种。如果对原土基能够更好的压实与加固,使车辆荷载应力更好的从面层通过柔性基层传递至土基至大地,则能根本上解决由于路基水损害导致的结构性开裂问题。即在设计寿命期间不发生结构性破坏,路面的损坏只发生在表面功能层,不需要进行结构性大修。

在施工上,采用智能压实技术,对路基区域内每一块的压实度进行实时检测,通过传感器进行声-电转化,将振动频率通过模型转换为压实度即可确保路基整体压实度的提升。

当公路通过自然景区或自然保护区时可对道路线形进行优化设计,做到人与自然景观的和谐统一。在材料选择上采用温拌沥青混合料、橡胶粉改性沥青等节能环保材料,减少能源消耗与环境污染。

今年5月11日,由中国能建葛洲坝交投公司投资,中国能建广东院、山西电建联合总承包建设的全路域交能融合项目——山东枣菏高速公路交能融合(源网荷储一体化)示范工程项目(以下简称“枣菏高速示范项目”)金乡段正式并网发电。
该项目利用服务区、路侧边坡等高速公路基础设施,构建交能融合系统,将新能源、高速公路两个行业各自发展的系统,逐渐演变为相互融合、集成衔接、协同发展的形态,在基础设施网、运输服务网、能源网与信息网融合发展中实现源网荷储一体化,为基础设施和运输车辆持续提供绿色清洁能源。

未来新能源汽车的大量增加使得在高速公路建设和管理中侧重于对电的收集与应用,传统光伏路面由于成本昂贵,养护困难导致其无法推广,但光伏面板的应用与边坡加固检测相结合使得其推广却成为可能。未来的高速公路的建设模式将主要集中在太阳能的收集与应用上,包括太阳能照明系统、边坡光伏面板、充电桩与加气站、无人机等自动化巡检设施等资源的整合。

经过对早期的施工经历与校园前沿研究的思考,我认为目前整个路桥行业面临着升级与转型,注重速度与规模的时代一去不复返了,未来将更着力于精细化施工。绿色低碳(Low-Carbon)、数据智能(Intelligence)和地域特色化(Regional),这三者将深入贯穿在整个公路领域的设计、施工与养护环节内,主要集中在对结构与材料的设计与优化上。而传统的路面结构或材料,施工工艺也将面临着持续性优化升级与转型,这将迫使我们要保持开放的心胸与批判性的眼光看待旧事物的消亡与新事物的诞生,多思考,多学习,多总结,做好这个行业所正在面临的“承上”和“启下”。