走出沥青路面设计误区的哲学思考

改革开放后的20多年来，是中国公路发展速度最快、规模最大、最具活力的时期。自1988年沈大高速公路、沪嘉高速公路建成通车以来，我国的公路事业进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代。高速公路总里程从1989年的271km，一跃至2010年的6万多km，位居世界第二。

在已经建成的高速公路中，沥青路面占绝大多数，且大部分路面的使用状况是比较好的。但是，我们也应清醒地认识到，我国的一些高速公路沥青路面刚建成不久就出现了大量的损害，这不但给国家造成了大量经济损失，还带来了严重的不良社会影响。对此，交通部、各省市以及大专院校、研究机构花了大量精力和经费，采取了多种措施如SMA、改性沥青、提高集料质量、增加路面强度等措施，试图解决路面早期损坏现象。然而，公路特别是高速公路的早期损坏现象不仅没有减少，反而具有增加的趋势，以至于从政府到研究人员普遍感到十分迷茫，路面技术似乎迷失了前进的方向。

其实，造成目前我国一些沥青路面大量早期损坏的原因并不是偶然的，不是可以简单地归结为施工质量问题、车辆超载或材料问题，而是有其深远的理论原因和认识原因，即我国长期以来在路面设计和实践中“重经验、轻理论、重感受、轻实证”的结果。因此，为了更好地探讨解决沥青路面早期损坏的方法，我们必须从哲学的理论高度认识路面设计中的辩证规律，探索科学思维在路面设计中的运用，从而避免设计的盲目性，真正走出沥青路面设计的“误区”。

系统思维是以系统作为研究对象，它着重从系统的整体、系统的内部关系、系统与外部关系以及系统动态发展的角度研究系统的运动规律。系统思维为人们提供了一种以整体性、综合性、层次性、动态性和开放性的原则来解决多因素、动态多变的有组织复杂系统的崭新的科学思维方式，这对于解决复杂的沥青路面设计是极有帮助的。我们知道，沥青路面的设计是否合理主要从技术和经济两个角度来进行衡量，但是技术和经济之间往往存在着对立统一的矛盾，这就要求设计者们必须用系统的思维来把握两者间的关系。

过去，我国的设计者们经常过分地强调所谓的路面结构的“经济性”，其实他们所指的“经济”仅仅是狭隘的、短暂的经济，即第一次投资的经济性。众所周知，相对于整个道路/公路的寿命而言，路面的寿命是很短的，通常设计寿命为15年，这样规定的主要目的是为了节省道路的初期造价，而将节省的费用用于路面的养护。但是，随着公路上的交通量以及汽车的轴载重量的不断增加，按现行路面设计体系和设计标准设计的路面常常达不到设计年限就出现了损坏，需要进行大修。路面的大修必然会造成交通的拥挤和堵塞，延长用户的驾车时间，增加燃油消耗，对于高速公路、城市间的重要交通干道以及市内快速道路而言，这是难以忍受的。

因此，从寿命周期费用(包括在路面寿命周期内的所有建设费用、养护费用、车辆的保养费用，以及在重建过程中客运和货运的运输费、由于建设活动造成的道路堵塞和低速、以及由道路使用者和在工作区的建设人员引发的较高的交通事故率而引起的费用等)分析的角度来看，过去这种仅考虑路面建设费用的看似“经济”的做法，其实并不经济。正是基于寿命周期内总费用最经济的原则，欧洲最早提出了“永久性路面”的概念。其设计基本理念是:路面要获得40年使用年限;结构设计要求考虑设计标准轴次、荷载及轮胎压力及容易维修、施工适用性及施工速度、安全、耐久及可再生性能，并最大限度降低对环境的影响。由此可见，这种基于寿命周期费用分析的“永久性路面”设计理念是系统思维的具体体现，代表着未来沥青路面设计发展的方向。

另外，从技术的角度来看，路面设计的主要任务就是确保其寿命期间不发生不可接受的损坏，这是不同设计方法的共同目标。要达到这一目标，就要考虑路面的“结构、材料、荷载、环境和经济”这五个方面的因素，而最终的评判准则是路面的使用性能—耐久、平整及抗滑。要保证耐久就要求整个路面具有足够的强度和抗变形能力，要做到路面平整，就必须要有正确的厚度设计、正确的材料设计和正确的施工方法。而抗滑是对路面表面特性的要求，主要通过表面材料的选择和材料的设计予以保证。因此，要使路面达到预期的使用性能和用户要求的满意度，就必须从结构组合与厚度、材料组成设计上综合考虑。然而，我国目前的沥青路面设计方法主要是通过力学计算方法，简单地进行路面厚度的计算，路面结构设计带有很大的随意性，且结构设计和材料设计基本是相脱离的，这可能是我国许多沥青路面过早地出现大量损坏的一个重要原因之一。因此，完整的路面设计应是结构设计与材料设计的统一体:材料组成设计的结果应能体现结构厚度组合所能达到的性能水平，而结构厚度的设计也应能够考虑到对材料组成的基本要求以及施工上的考虑。两者应充分体现对使用性能的要求，结构设计主要反映结构性能(结构损坏和结构承载力)，而材料设计则主要体现功能性能(耐久、平整、抗滑、美观等);结构设计是材料设计的基础和前提，而材料设计是结构设计的保障和体现。结构设计与材料设计的和谐统一，方能达到使用性能的最佳效果。

综上所述，这种从路面所处的大系统出发，综合考虑路面的“结构、材料、荷载、环境和经济”等多方面因素的路面设计理念，不仅是我国未来发展的趋势，也是发展的必然。

“人不能两次踏入同一条河流”，古希腊哲学家赫拉克利特十分形象生动地用奔腾不息的河水说明了世界上一切事物都在不断运动、变化和发展。辩证唯物主义也告诉我们，世界是普遍联系和永恒发展的。因此，我们决不能用孤立的、静止的和片面的观点来看待世界，而必须用联系的、发展的、全面的眼光来观察和处理万事万物，路面设计也不例外。路面设计的目标是通过合理的设计方法使得道路在设计使用年限内能够提供安全、舒适、快捷的服务。然而，目前我国高速公路沥青路面普遍存在着初、早期破坏，且主要破坏型式同上个世纪90年代以前轻交通状况下相比已发生了一定的变化。过去，沥青路面损坏主要包括龟裂、车辙、低温开裂等，这也是路面设计时重点控制的损坏类型。但是，随着路面结构强度的提高和路面损坏期的提前，这些传统损坏出现得越来越少，有些已经不再出现，而目前出现的损坏，不论是其形态还是原因都十分不同。所以，按照传统理论来加强路面结构是没有效果的，甚至有时还适得其反。

路面在使用实践中所暴露的大量问题，使得道路工作者们不得不对现有的路面设计理论、设计方法及设计指标进行反思。实际上，目前大量出现的路面早期损坏是现行理论和规范所难以做出更深解释的。虽说设计方法基于力学，但分析的范围和所考虑的主要受力方式，相对于目前复杂的荷载状况而言却过于简单。对于不同的路面结构，对其使用性能变化规律的认识不够清楚，更缺少定量的研究;初步考虑了环境因素对路面力学参数的影响，但忽视了环境因素对路面性能的影响，而后者则是更为重要的。对材料的要求与对结构的要求还缺少“相容”性，对材料性能的定量标准还处于经验阶段。在低等级道路的实践中，上述问题没有暴露得很充分，片面地认为已经基本掌握了路面设计的主要关键技术，没有给予足够重视，以致于常常把局部出现的问题归结为施工原因，而当将上述方法用于高等级公路、尤其是高速公路的路面实践时，这些问题就变得非常突出了:以前轻交通道路路面设计理论和方法的简单外延与重交通路面的要求尚有较大距离;路用材料只有技术标准而缺少严格的工业标准;许多试验参数不适用于重交通道路。在施工和材料供应领域，虽然我们拥有现代化的生产工具，但由于没有工业化、现代化的思想和措施，难以在规模建设的条件下从根本上保证工程的质量。因此，我们必须用发展的眼光对重交通路面的损坏原因、机理重新进行认识，及时掌握新条件下的新变化，通过路面的合理化设计来控制路面的主要破坏型式，从而真正达到路面设计的目的。

另外，对沥青路面设计认识上的误区还表现在设计指标的确定上。纵观我国新中国成立以来的各版柔性(沥青)路面设计规范，在设计方法和指标方面的思想是一脉相承的，都以路表弯沉作为主要设计控制指标。1978年柔性路面设计规范中的弯沉公式是现行公路沥青路面设计规范的基础，原来的弯沉与累计通行轴载次数的关系式是根据对当时国内沥青路面结构和路况条件进行调查回归得到的，现在路面结构形式以及交通荷载情况与30年前有很大的不同，决定路面设计的关键指标弯沉公式多年来虽几经修正，但其对现有交通条件路面结构形式下的适应性值得怀疑。首先，由于弯沉指标是建立在以往大量实测数据统计回归的基础上，对于过去交通不太繁重、结构层较薄的情况(控制沉陷为主)是较适用的，但对现今繁重交通，路面结构较厚的情况(控制疲劳和开裂为主)下其适用性降低;其次，在路面结构单一的中、轻交通时代，该指标既可表征路面结构的整体变形，也可用于表征路面结构的整体刚度，但重载交通时代路面结构繁多，经验性的路表弯沉指标无法反映路面结构各层次的破坏特征。因此，路表弯沉指标显然已经无法适应当今重载交通时代路面设计的要求，必须用发展的眼光来看待路面所处环境的变化，从而寻求新的沥青路面设计控制指标。

任何事物的发展过程都自始至终地存在着矛盾，它们本身都包含着肯定和否定的因素。事物内部所包含的肯定方面和否定方面是对立的，它们相互渗透，相互包含。如果肯定中不包含否定的因素，现存的事物就不会通过自我否定而更新，而只能永远是它自身，不会有任何发展。因此，我们在实践活动中必须要遵循辩证否定的规律，在发展新事物时既要克服旧事物中消极腐朽的因素，又要保留旧事物中积极的合理因素，使新事物具有强大的生命力和远大的前途，通过每一次否定都把事物推向更高的发展水平和阶段。

当前，我国高速公路沥青路面普遍存在初期建设费用较低，而车辙、水损害、开裂、泛油等早期破坏严重的现象。无需赘言，出现上述早期病害的主要原因固然与沥青混合料均匀性差、材料质量良莠不齐、施工质量达不到要求、养护不及时等因素有关，但与路面结构组合设计本身存在缺陷也不无关系。我国沥青路面结构有其自身的特点，这是我国国情所决定的，是公路建设发展历史的必然结果。

进入20世纪80年代，由于交通量迅速增长，我国开始修建二级公路、一级公路，沥青面层逐步向沥青混凝土发展，基层和底基层的强度要求也随之增加，特别是当高速公路出现时，我国的沥青缺乏和路面承载能力低的问题逐渐突出起来。正是在当时这种形势下，半刚性基层基于其较好的板体性能、较高的承载力及良好的经济性等优点，使得半刚性基层沥青路面成为我国沥青路面结构的主要型式，并几乎成为高速公路沥青路面唯一的结构型式。无可否认，这种路面结构为我国沥青路面的发展做出了巨大的贡献。但是，近年来许多沥青路面发生的严重早期损害，使得人们不得不对此结构提出一些质疑，如半刚性基层的收缩开裂会引起沥青路面的反射裂缝，半刚性基层沥青路面对重载车来说具有更大的轴载敏感性，以及半刚性基层损坏后没有愈合的能力且无法进行修补等。

纵观国际，20世纪80年代以后，许多发达国家的高速公路和重交通公路由以往普遍采用半刚性基层沥青路面逐渐转变为大量使用柔性基层沥青路面或全厚式路面。基于此，现在许多单位和学者开始主张在中国也大量地发展柔性基层沥青路面的结构型式。对此，我们绝不能“人云亦云”，而必须用辩证的否定观来分析问题。首先，我们毕竟还是发展中国家，经济承受能力虽然已经有了很大的增长，但仍然还处于一个不高的水平。从路面结构方面说，半刚性基层造价低的特点仍然是其它路面结构所无法比拟的。长期以来我国遵循“强基薄面”的方针，铺筑的是沥青层较薄的半刚性基层沥青路面，要想一下子得到改变是不现实的，也是不合理的。即使采用了柔性基层沥青路面也不见得就没有问题了，所以我们不可能一下子都改成柔性基层沥青路面，将半刚性基层沥青路面全盘否定，而要有一个对半刚性基层沥青路面的再认识和对柔性基层沥青路面的研究和熟悉的过程。所以我们必须在承上启下的基础上，历史性地分析问题，一方面努力研究国外的路面结构，同时对现有的半刚性基层沥青路面进行再认识，努力克服其一些不合理的因素，使其得到改进，更加完善。

4.1系统分析与系统综合相结合

4.2定性分析与定量分析相结合