美国高速公路建设与养护技术

美国高速公路建设与养护技术
杨阳
（辽宁省交通规划设计院，沈阳110166）
摘要：对美国高速公路沥青路面的工程发展、环保理念、施工技术与监控、养护维修技术等内容进行了介绍，通过分析中美两国高速公路建设、管理与养护技术的特点，可以借鉴先进的技术和经验，进一步提升我省高速公路建设质量，增强高速公路运营与养护的长效性。

关键词：美国高速公路;公路建设;养护技术
中图分类号：U418．6文献标识码：B文章编号：1673－6052（2012）11－0142－03
1美国高速公路建设与管理
目前，美国是世界上拥有高速公路里程最多的国家。

从二十世纪五十年代中期开始，至今已修建了8．8万公里的高速公路，是美国人驾车出行的主要通道。

我国高速公路建设近年来发展的速度非常快，截至2010年底，公路总里程达到398万公里，其中高速公路总里程为7．4万公里。

在2011年高速公路又新增1．1万公里，总里程已达到8．5万公里，预计在2012年中国高速公路里程将会超越美国，跃居世界第一位。

但是，我国的高速公路在公路质量、管理水平和网络建设等方面与美国相比，还存在一定差距；同时投资成本上升和融资难度加大，已成为我国公路建设持续发展所面临的难题。

美国高速公路的交通流量非常大，以美国西海岸城市洛杉矶市为例：高速公路总长度约为1000km，在城市中心区域内多为8车道、10车道，局部路段为12车道。

美国大城市的都会模式发展决定了高速公路在城市交通系统中的关键作用，洛杉矶机动车总量约为600万辆，高速公路承担了55%交通总量，其中85%为小客车。

洛杉矶的10号高速公路最宽段的双向为12车道，平均每天双向交通量高达32．5万辆。

洛杉矶市许多高速公路将左侧第一个车道设置为共乘车道（Car pool），共乘车道仅允许2人以上共乘汽车使用，在邻近的混合流车道拥挤时，共乘车道的汽车行驶速度相对较快，从而鼓励出行者共乘，减少单人开车，目前洛杉矶拥有单向共乘车道约610km，每天有50万共乘出行者使用共乘车道。

同时，洛杉矶建立了先进的智能交通系统减缓交通的拥堵。

该系统集信息采集、事故处理、车流调控于一体，对交通流量、车流速度、交通事故、地表温度和湿度、天气状况等因素进行全面监控，经过交通管理部门处理后，传送到公路交通系统中各个用户，出行者可以进行实时选择交通方式和交通路线，交通管理部门可以及时、有效地进行交通疏导、控制和事故处理，运输部门可以随时掌握所属车辆的动态情况，进行合理调度。

我国的城市布局模式决定了高速公路主要承担城市之间和省际之间的交通量，其中客车和货车的比重比较大。

由于我国近年来机动车保有量快速增长，承担着大通道作用的高速公路交通量增长迅速，部分路段交通拥挤问题日益严峻。

对现有的四车道或六车道高速公路进行认真的交通量调研，局部采取加宽改扩建是非常有必要的，加宽至八车道或十车道，能够有效地缓解交通拥挤，增强行车安全性，提高公路的通行效率。

美国高速公路为国家的经济建设做出了巨大的贡献。

现阶段，路网已经形成，美国公路交通的发展战略也发生了根本性转变，如今主要表现为公路交通的安全及管理、养护技术及新型设备的研发、以及养护新材料的开发和应用等方面。

这正是我们这次美国培训的初衷，也是我省高速公路健康持续发展所面临的紧要问题。

2中美两国高速公路设计方法分析
美国高速公路路面使用性能总体较好，北方地区以柔性基层的沥青路面为主，南方部分高温地区还有水泥路面。

从设计方面分析，中美两国存在差别：美国高速公路的结构设计以经验法为主，通过对早期建设的高速公路跟踪观测，确定新建道路的结
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构厚度，仅在一些典型破坏的长期预测模型研究中才增加力学参数计算；我国以弯沉值为主的设计和验收体系具有简便、易操作的优点，非常适合我国高速公路的早期建设。

但是由于沥青混合料的粘弹性特点，沥青层层间的结合强度，以及基层和土基结构层强度的非均匀性，实际路面结构的力学响应与弹性体系的理论计算存在很大差别，单一弯沉检测结果不能真实表征结构的强弱。

近年来，为了改进理论计算的不足，各地方根据区域环境特点、交通量和重载车比重、地方材料参数和施工技术水平，将区域经验和力学计算相结合，不断地优化各地区高速公路的典型结构，提高了我国高速公路的设计水平。

美国的经验设计法离不开早期修建的大量试验路，在1960年美国就在伊利诺斯州修建了AASHTO 试验路，其中包含了6条环道。

在试验路大量观测数据的基础上提出了1972年版的AASHTO设计方法，随之开始在美国广泛使用，AASHTO设计方法在不断的改进，有1992年版本、2002年版本和今天的M－E力学经验法。

早期AASHTO路面设计方法仅适用于有限的路面结构组合、有限的土基条件和有限的交通量。

随着交通轴载和交通量的日益增大，为满足道路使用要求，在2002年，综合考虑了气候条件、材料性质以及工程经验的基础上AASHTO提出了新版本设计方法，根据整个设计期内环境参数和交通参数与材料性能的相互影响，，预测路面的使用性能；并对设计参数采用了分级输入的思想，根据不同的精度的要求推荐不同取得参数的方法；同时将动态模量纳入到沥青路面设计参数之中。

因此，AASHTO设计方法采用了许多先进的研究成果和设计理念，对改进和完善我国设计方法有极好的借鉴作用。

美国对决定路面质量的沥青混合料品质，给予了高度的重视。

我们参观了美国国家沥青研究中心（NCAT），该中心位于阿拉巴马州，在1986年美国国家沥青铺面协会科研与教育基金，会同奥本大学共同合作，创立的研究机构。

NCAT与联邦公路管理局，各州公路管理部门和施工承包单位一同开发、评估新的产品、设计方法和施工技术，确保提供耐久、环境友好、低噪声、安全和经济的公路路面。

NACT在2000年建成了3km长的环道试验场，共包含46个试验路段，全部用来验证各种沥青混合料的使用性能。

通过近十年的不懈研究，环道试验取得了丰富的研究成果，主要包括验证美国Superpave混合料使用性能、沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA）以及开级配磨耗层混合料（OGFC）性能研究、建立了空隙率质量控制（QC）标准、验证了永久性路面设计概念、精确了路面设计中的层状系数取值、轮胎－路面噪音测试研究、路面平整度研究以及温拌沥青混合料性能的研究。

我国近年来也开始建设道路试验场地，铺筑了各种新材料和新结构的试验路段，通过加速加载设备和车辆实际运行的方式，验证路面的长期使用性能，加快了我国路面新材料和新技术的应用速度。

我省引进的世界最先进的足尺加速加载设备，已经在营口跨海大桥钢桥面铺装材料研究、橡胶沥青混合料性能研究，以及辽宁省沥青路面典型结构研究等项目中作出了巨大的贡献，为这些国家重点工程，提供了可靠的决策依据。

3美国高速公路养护技术和新材料应用
今年，我省高速公路通车里程将超过4000km，做好已建高速公路养护维修工作，是一项长期而至关重要的任务。

在美国培训期间，我们实地考察了多条公路，其中包括州际高速公路、普通公路、县级公路和乡村道路。

由于美国公路网建设时间较早，许多公路的使用寿命已经超过了20年，各州由于经济水平的差异，在公路养护维修方面的投入预算不同，导致道路的使用性能差别比较大。

从纽约到波士顿的沿途公路，与我省所处的纬度相近，同属于温带大陆季风气候区，部分路段平整度较差，桥头沉陷显著，横向裂缝在100m内平均有5 8条，行车舒适性非常不好，这样的路况在我省是少见的。

到了美国佐治亚州和佛罗里达州，路况就变得非常好，路面平整，行车舒适，横向裂缝间距在百米左右。

美国高速公路与我国公路相比，最为显著的区别是在竣工通车的8 10年间，一般不发生严重的早期损坏，只需要进行常规的灌缝和坑槽修补。

在美国采用SMA混合料和改性沥青的路面，使用寿命一般为20年，经过一次罩面维修后，使用寿命可再延长10年。

而我国高速公路的早期损坏问题是比较突出的，特别是重载车道的车辙变形较大，一般4年左右就需要进行铣刨重铺。

美国高速公路的耐久性较好，这是多方面因素综合形成的，比如美国公路建设从规划、设计、施工、以及养护全过程，始终保持严格的监控管理；美国公路对超载重载的管理也非常严格，在路上经常可以看到，集装箱货车在身边飞驰而过，把许多小型车落在后面，相比我国大货车超
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第11期杨阳：美国高速公路建设与养护技术
载后的缓慢行驶，美国的物流运输效率是非常高的。

我省高速公路养护管理与美国相比，面临的情况更复杂，工作强度更大。

近年来，在交通厅和高速
公路管理局的共同努力下，
养护材料、施工技术和养护设备已达到了国际先进水平，
与相邻省份相比，我省高速公路路面使用性能总体较好。

但是，与美国相比，达到同等路面养护质量水平，我们投入的人力、物力、时间和经费都远远超过了美国，如何降低养护管理的成本，如何延长路面大中修的周期，这些都是我们急需学习的内容。

美国的养护维修工作对细节非常重视，对于我们常规的灌缝和坑槽修补，美国按照天气、温度、紧急状况和交通量等因素的不同，分为三种修补材料和三种维修方法。

美国SHRP 计划中有一项坑槽修补作业的科研工作Project H －106，
从1991 1998年，进行了长达7年的专项研究。

在对试验中心考察中，我们分别参观了集料、沥青和沥青混合料等试验室，设备齐全，布置科学，其中的绝大多数设备我省的试验检测机构都已配备，有些设备的型号比美国还要高级，但是我们的试验室，在设备的实际应用和工作细节等方面，落后于美国的研究机构，我们可以买来最先进的设备，却创造不出最先进的技术，这
在于我们的软实力水平还不够。

对于运营时间较长的高速公路，路面使用性能
发生了衰减，美国养护管理部门通过薄层罩面和现场热再生等方法，
对路面进行功能性恢复。

对于铣刨重铺的路段，
将旧料的再生利用、橡胶沥青混合料、温拌沥青混合料等新技术进行推广应用，即可改
善沥青混合料的品质，又节约了资源，保护了环境。

辽宁省也在积极地开展新技术、新材料的应用：沈阳绕城高速公路、沈四高速公路采用薄层罩面提高了路面质量；沈山高速公路采用微表处修补了车辙病害；大庄高速公路、沈大高速公路采用现场热再生修补了路面车辙、裂缝和疲劳病害；滨海公路、沈吉高速南杂木立交和辽开高速公路铺筑了橡胶沥青试验路。

通过这次美国培训，对养护技术的认识更加深刻，
在今后工作中，不断地通过工程的科学验证，加大新技术的推广应用。

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结语
通过这次培训，对美国公路交通基本状况、建设管理与养护维修、公路新技术发展趋势有了细致的了解，开阔视野，增长见识，对路面设计和养护工作水平的提高，具有积极的意义，将更加积极地为我省交通建设发展贡献力量。

Construction and Maintenance Technologies of
American Expressway
Abstract
The engineering development ，environmental protection concept ，construction technologies and
supervision ，maintenance and repair technologies of asphalt pavement of American expressway are introduced through the analysis of the features of expressway construction ，management and maintenance technologies of Chinese and American expressways．Advanced technologies and experience can be used for reference to further improve the expressway construction quality in our province and to strengthen the durability of expressway operation and maintenance．
Key words
American expressway ；Highway construction ；Maintenance technologies
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