โครงการนำร่องการเจียรเพชรเพื่อปกป้องผิวถนนคอนกรีตของทางหลวงฟีนิกซ์

การเปลี่ยนทางหลวงแอริโซนากลับมาใช้คอนกรีตซีเมนต์พอร์ตแลนด์อาจพิสูจน์ให้เห็นถึงประโยชน์ของการใช้การเจียรเพชรแทนการเจียรและถมแบบมาตรฐาน แนวโน้มแสดงให้เห็นว่าในช่วง 30 ปี ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาจะลดลง 3.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ
บทความนี้อ้างอิงจากเว็บสัมมนาที่จัดขึ้นครั้งแรกในระหว่างการประชุมทางเทคนิคของ International Grooving and Grinding Association (IGGA) ในเดือนธันวาคม 2020 รับชมการสาธิตฉบับเต็มได้ด้านล่าง
ผู้อยู่อาศัยในเขตฟีนิกซ์ต้องการถนนที่ราบรื่น สวยงาม และเงียบสงบ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเติบโตอย่างรวดเร็วของประชากรในพื้นที่และงบประมาณไม่เพียงพอต่อการดำเนินงาน สภาพถนนในพื้นที่จึงลดลงในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา กรมการขนส่งแห่งรัฐแอริโซนา (ADOT) กำลังศึกษาแนวทางที่สร้างสรรค์เพื่อรักษาเครือข่ายทางหลวงและจัดหาถนนประเภทต่างๆ ตามที่ประชาชนคาดหวัง
ฟีนิกซ์เป็นเมืองที่มีประชากรมากเป็นอันดับ 5 ของสหรัฐอเมริกา และยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง เครือข่ายถนนและสะพานยาว 435 ไมล์ของเมืองได้รับการดูแลโดยกรมการขนส่งแห่งรัฐแอริโซนา (ADOT) ใจกลางเมือง ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยทางหลวง 4 เลน พร้อมเลนสำหรับรถสูง (HOV) เพิ่มเติม ด้วยงบประมาณก่อสร้าง 500 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ภูมิภาคนี้จึงมักดำเนินโครงการก่อสร้างบนเครือข่ายถนนที่มีการจราจรหนาแน่นปีละ 20-25 โครงการ
รัฐแอริโซนาใช้พื้นผิวคอนกรีตมาตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 1920 คอนกรีตสามารถใช้งานได้นานหลายทศวรรษและต้องการการบำรุงรักษาเพียง 20-25 ปีครั้งเท่านั้น สำหรับรัฐแอริโซนา ประสบการณ์ความสำเร็จกว่า 40 ปีทำให้สามารถใช้พื้นผิวคอนกรีตนี้ได้ในการก่อสร้างทางหลวงสายหลักของรัฐในช่วงทศวรรษที่ 1960 ในขณะนั้น การปูถนนด้วยคอนกรีตหมายถึงการแลกเปลี่ยนในแง่ของเสียงรบกวนบนท้องถนน ในช่วงเวลานี้ พื้นผิวคอนกรีตจะถูกตกแต่งโดยการเคลือบดีบุก (ดึงคราดโลหะบนพื้นผิวคอนกรีตในแนวตั้งฉากกับการจราจร) และยางที่วิ่งบนคอนกรีตเคลือบดีบุกจะทำให้เกิดเสียงหวีดที่ดังและต่อเนื่อง ในปี 2003 เพื่อแก้ปัญหาเสียงรบกวน จึงได้นำชั้นยางแอสฟัลต์แรงเสียดทาน (AR-ACFC) หนา 1 นิ้ว มาทาทับบนคอนกรีตปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ (PCC) ซึ่งทำให้พื้นผิวมีลักษณะที่สม่ำเสมอ เสียงเงียบ และการเดินทางที่สะดวกสบาย อย่างไรก็ตาม การรักษาพื้นผิวของ AR-ACFC ไว้ได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นความท้าทาย
อายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ของ AR-ACFC อยู่ที่ประมาณ 10 ปี ทางหลวงในรัฐแอริโซนามีอายุเกินอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้และกำลังเสื่อมสภาพ ปัญหาการแบ่งชั้นและปัญหาที่เกี่ยวข้องก่อให้เกิดปัญหาต่อผู้ขับขี่และกระทรวงคมนาคม แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว การแยกชั้นจะทำให้ความลึกของถนนลดลงเพียงประมาณ 1 นิ้ว (เนื่องจากยางมะตอยหนา 1 นิ้วแยกตัวออกจากคอนกรีตด้านล่าง) แต่จุดที่แยกชั้นนี้ถูกมองว่าเป็นหลุมบ่อในสายตาของผู้โดยสาร และถือเป็นปัญหาร้ายแรง
หลังจากทดสอบการเจียรด้วยเพชร พื้นผิวคอนกรีตรุ่นใหม่ และการตกแต่งพื้นผิวคอนกรีตด้วยเครื่องเจียรแบบสลิปหรือไมโครมิลลิ่ง ADOT พบว่าพื้นผิวตามยาวที่ได้จากการเจียรด้วยเพชรให้รูปลักษณ์แบบคอร์ดูรอยที่สวยงาม สมรรถนะการขับขี่ที่ดี (ดังที่แสดงด้วยค่า IRI ต่ำ) และเสียงรบกวนต่ำ แรนดี เอเวอเร็ตต์ และกรมการขนส่งแห่งรัฐแอริโซนา
รัฐแอริโซนาใช้ดัชนีความขรุขระสากล (IRI) ในการวัดสภาพถนน และตัวเลขดังกล่าวมีแนวโน้มลดลง (IRI เป็นข้อมูลสถิติความขรุขระชนิดหนึ่ง ซึ่งสถาบันระดับชาติส่วนใหญ่มักใช้เป็นตัวชี้วัดประสิทธิภาพของระบบการจัดการพื้นผิวถนน ยิ่งค่าต่ำเท่าใด ความขรุขระก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น ซึ่งเป็นเกณฑ์ที่ต้องการ) จากการวัดของ IRI ในปี 2010 พบว่าทางหลวงระหว่างรัฐในภูมิภาคนี้ 72% อยู่ในสภาพดี และในปี 2018 สัดส่วนนี้ลดลงเหลือ 53% นอกจากนี้ เส้นทางในระบบทางหลวงแห่งชาติก็มีแนวโน้มลดลงเช่นกัน จากการวัดในปี 2010 พบว่าถนน 68% อยู่ในสภาพดี และในปี 2018 สัดส่วนนี้ลดลงเหลือ 35%
ในเดือนเมษายน 2562 เนื่องจากต้นทุนเพิ่มขึ้นและงบประมาณไม่เพียงพอ กรมการขนส่งทางบก (ADOT) จึงเริ่มมองหาทางเลือกในการจัดเก็บที่ดีกว่ากล่องเครื่องมือเดิม สำหรับทางเท้าที่ยังคงอยู่ในสภาพดีภายในระยะเวลา 10 ถึง 15 ปีตามอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ ซึ่งกำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับหน่วยงานที่จะต้องดูแลรักษาทางเท้าเดิมให้อยู่ในสภาพดี ทางเลือกต่างๆ ได้แก่ การปิดรอยแตกร้าว การพ่นยาแนว (การพ่นยางมะตอยอิมัลชันบางๆ ที่แข็งตัวช้าๆ) หรือการซ่อมแซมหลุมบ่อแต่ละหลุม สำหรับทางเท้าที่เกินอายุการใช้งานที่ออกแบบไว้ ทางเลือกหนึ่งคือการบดยางมะตอยที่เสื่อมสภาพออกและปูทับด้วยยางมะตอยยางใหม่ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากพื้นที่ที่ต้องซ่อมแซมมีจำกัด จึงทำให้มีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป อุปสรรคอีกประการหนึ่งของวิธีการใดๆ ที่ต้องบดผิวยางมะตอยซ้ำๆ คือ อุปกรณ์บดจะส่งผลเสียและสร้างความเสียหายให้กับคอนกรีตที่อยู่ด้านล่างอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และการสูญเสียวัสดุคอนกรีตที่รอยต่อจึงร้ายแรงเป็นพิเศษ
จะเกิดอะไรขึ้นหากรัฐแอริโซนากลับไปใช้พื้นผิวถนน PCC เดิม? กรมขนส่งทางบก (ADOT) ทราบดีว่าทางหลวงคอนกรีตในรัฐได้รับการออกแบบมาเพื่อให้มีความมั่นคงทางโครงสร้างที่ยาวนาน กรมฯ ตระหนักดีว่าหากสามารถใช้ PCC เดิมเพื่อปรับปรุงพื้นผิวถนนเดิมให้มีสภาพเป็นถนนที่เงียบและสัญจรได้ ถนนที่ซ่อมแซมแล้วอาจมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้นและต้องการการบำรุงรักษา นอกจากนี้ ยังมีอายุการใช้งานน้อยกว่าถนนแอสฟัลต์มาก
ส่วนหนึ่งของโครงการบนทางหลวงหมายเลข 101 ทางตอนเหนือของเมืองฟีนิกซ์ ชั้น AR-ACFC ได้ถูกกำจัดออกไปแล้ว ดังนั้น ADOT จึงได้ติดตั้งส่วนทดสอบสี่ส่วนเพื่อสำรวจแนวทางแก้ไขปัญหาในอนาคตที่จะใช้ประโยชน์จากคอนกรีตที่มีอยู่เดิม พร้อมทั้งรับประกันความเรียบเนียน การขับขี่ที่เงียบ และรูปลักษณ์ถนนที่สวยงาม กรมฯ ได้ตรวจสอบการเจียรด้วยเพชรและพื้นผิวคอนกรีตรุ่นถัดไป (NGCS) ซึ่งเป็นพื้นผิวที่ควบคุมลักษณะของดินและพื้นผิวโดยรวมเป็นลบหรือลงด้านล่าง ซึ่งได้รับการพัฒนาให้เป็นพื้นผิวคอนกรีตที่มีเสียงรบกวนต่ำเป็นพิเศษ ADOT กำลังพิจารณาการใช้เครื่องเจียรแบบเลื่อน (กระบวนการที่เครื่องจักรนำลูกปืนไปยังพื้นผิวถนนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการเสียดสี) หรือการกัดแบบไมโครเพื่อตกแต่งพื้นผิวคอนกรีต หลังจากการทดสอบแต่ละวิธี ADOT พบว่าพื้นผิวตามยาวที่ได้จากการเจียรด้วยเพชรนั้นให้รูปลักษณ์แบบคอร์ดูรอยที่สวยงาม รวมถึงประสบการณ์การขับขี่ที่ดี (ตามค่า IRI ต่ำ) และเสียงรบกวนต่ำ กระบวนการเจียรด้วยเพชรยังได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความนุ่มนวลเพียงพอที่จะปกป้องพื้นที่คอนกรีต โดยเฉพาะบริเวณรอยต่อที่เสียหายจากการกัดก่อนหน้านี้ การเจียรด้วยเพชรยังเป็นโซลูชันที่คุ้มค่าอีกด้วย
ในเดือนพฤษภาคม 2562 ADOT ได้ตัดสินใจเจียรผิวถนน SR 202 ขนาดเล็กทางตอนใต้ของเมืองฟีนิกซ์ด้วยเครื่องเจียรผิวถนน AR-ACFC ที่มีอายุ 15 ปี มีความหลวมและมีลักษณะเป็นชั้นๆ มากจนมีเศษหินกระเด็นมากระแทกกระจกหน้ารถ ทำให้ผู้ขับขี่บ่นว่ากระจกหน้ารถได้รับความเสียหายจากเศษหินที่กระเด็นมาทุกวัน สัดส่วนการเรียกร้องค่าเสียหายในภูมิภาคนี้สูงกว่าภูมิภาคอื่นๆ ของประเทศ นอกจากนี้ ทางเท้ายังมีเสียงดังและขับขี่ยากอีกด้วย ADOT เลือกใช้เครื่องเจียรผิวถนนแบบเพชรสำหรับเลนขวาสองเลนตลอดแนว SR 202 ซึ่งมีความยาวครึ่งไมล์ พวกเขาใช้รถตักดินเพื่อขูดเอาชั้น AR-ACFC เดิมออกโดยไม่ทำให้คอนกรีตด้านล่างเสียหาย กรมทางหลวงได้ทดสอบวิธีนี้สำเร็จในเดือนเมษายน ขณะที่กำลังระดมความคิดเพื่อหาวิธีกลับสู่ถนน PCC หลังจากโครงการเสร็จสิ้น ตัวแทนของ ADOT สังเกตเห็นว่าผู้ขับขี่จะย้ายจากเลน AR-ACFC ไปยังเลนคอนกรีตแบบเพชร เพื่อสัมผัสกับประสบการณ์การขับขี่และเสียงที่ดีขึ้น
แม้ว่าโครงการนำร่องจะยังไม่เสร็จสมบูรณ์ทั้งหมด แต่ผลการศึกษาเบื้องต้นเกี่ยวกับต้นทุนบ่งชี้ว่าการประหยัดค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการใช้พื้นผิวคอนกรีตและการเจียรด้วยเพชรเพื่อปรับปรุงรูปลักษณ์ ความเรียบ และเสียง อาจช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาได้มากถึง 3.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี ตลอดระยะเวลา 30 ปี ภาพโดย แรนดี เอเวอเร็ตต์ และกรมการขนส่งแห่งรัฐแอริโซนา
ในช่วงเวลานี้ สมาคมรัฐบาลมาริโคปา (MAG) ได้เผยแพร่รายงานการประเมินเสียงรบกวนและความสามารถในการขับขี่บนทางหลวงในท้องถิ่น รายงานดังกล่าวตระหนักถึงความยากลำบากในการบำรุงรักษาเครือข่ายถนน และมุ่งเน้นไปที่ลักษณะเสียงรบกวนของถนน ข้อสรุปสำคัญคือ เนื่องจากข้อได้เปรียบด้านเสียงรบกวนของ AR-ACFC หายไปอย่างรวดเร็ว จึง "ควรพิจารณาใช้การขัดผิวด้วยเพชรแทนการปูผิวด้วยยางมะตอย" อีกหนึ่งการพัฒนาที่เกิดขึ้นพร้อมกันคือสัญญาจัดซื้อจัดจ้างบำรุงรักษาที่อนุญาตให้นำผู้รับเหมามาเจียรด้วยเพชรเพื่อการบำรุงรักษาและก่อสร้าง
ADOT เชื่อว่าถึงเวลาที่ต้องก้าวไปอีกขั้น และวางแผนที่จะเริ่มโครงการเจียรเพชรขนาดใหญ่บนทางหลวงหมายเลข SR 202 ในเดือนกุมภาพันธ์ 2563 โครงการนี้ครอบคลุมพื้นที่สี่เลน ยาวสี่ไมล์ กว้างสี่เลน รวมถึงส่วนที่ลาดเอียงด้วย พื้นที่มีขนาดใหญ่เกินกว่าที่จะใช้รถตักเพื่อตักยางมะตอยออก จึงใช้เครื่องกัด กรมฯ ได้ตัดแถบยางมะตอยยางเพื่อให้ผู้รับเหมางานกัดใช้เป็นแนวทางในระหว่างกระบวนการกัด การทำให้ผู้ปฏิบัติงานมองเห็นพื้นผิว PCC ใต้ผิวถนนได้ง่ายขึ้น ช่วยให้สามารถปรับอุปกรณ์กัดและลดความเสียหายต่อคอนกรีตด้านล่างได้ พื้นผิวเจียรเพชรขั้นสุดท้ายของ SR 202 เป็นไปตามมาตรฐานของ ADOT ทุกประการ คือ เงียบ เรียบ และสวยงาม เมื่อเทียบกับพื้นผิวยางมะตอย ค่า IRI ถือว่าดีมากในช่วงทศวรรษที่ 1920 และ 1930 ลักษณะของเสียงรบกวนที่เปรียบเทียบได้นี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากแม้ว่าพื้นผิวถนน AR-ACFC ใหม่จะมีเสียงเงียบกว่าพื้นผิวถนนแบบเพชรประมาณ 5 เดซิเบล แต่เมื่อใช้งานพื้นผิวถนน AR-ACFC เป็นเวลา 5 ถึง 9 ปี ผลการวัดจะอยู่ในระดับเดซิเบลที่ใกล้เคียงหรือสูงกว่า ระดับเสียงของพื้นผิวถนน SR 202 ใหม่นี้ไม่เพียงแต่จะต่ำมากสำหรับผู้ขับขี่เท่านั้น แต่ทางเท้ายังก่อให้เกิดเสียงรบกวนน้อยกว่าในชุมชนใกล้เคียงอีกด้วย
ความสำเร็จของโครงการในระยะแรกกระตุ้นให้ ADOT เริ่มโครงการนำร่องการเจียระไนเพชรอีกสามโครงการ การเจียระไนเพชรของทางด่วน Loop 101 Price Freeway เสร็จสมบูรณ์แล้ว ส่วนการเจียระไนเพชรของทางด่วน Loop 101 Pima Freeway จะเริ่มดำเนินการในต้นปี 2564 และคาดว่าจะมีการก่อสร้างทางด่วน Loop 101 I-17 ไปยังถนน 75th Avenue ในอีกห้าปีข้างหน้า ADOT จะติดตามประสิทธิภาพของทุกชิ้นส่วน เพื่อตรวจสอบการรองรับของรอยต่อ ตรวจสอบว่าคอนกรีตหลุดลอกหรือไม่ และรักษาคุณภาพเสียงและการขับขี่
แม้ว่าโครงการนำร่องจะยังไม่เสร็จสมบูรณ์ทั้งหมด แต่ข้อมูลที่รวบรวมได้จนถึงปัจจุบันก็แสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมในการพิจารณาใช้การเจียระไนด้วยเพชรเป็นทางเลือกแทนการเจียระไนและการอุดแบบมาตรฐาน ผลการศึกษาต้นทุนเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าการประหยัดจากการใช้พื้นผิวคอนกรีตและการเจียระไนด้วยเพชรเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพด้านรูปลักษณ์ ความเรียบ และความแข็งแรงของพื้นผิว สามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้มากถึง 3.9 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในระยะเวลา 30 ปี
การใช้พื้นผิวคอนกรีตที่มีอยู่ในฟีนิกซ์ไม่เพียงแต่ช่วยขยายงบประมาณการบำรุงรักษาและรักษาสภาพถนนให้อยู่ในสภาพดีได้มากขึ้นเท่านั้น แต่ความทนทานของคอนกรีตยังช่วยลดปัญหาการหยุดชะงักที่เกี่ยวข้องกับการบำรุงรักษาถนนให้น้อยที่สุด ที่สำคัญที่สุดคือ ประชาชนจะได้เพลิดเพลินไปกับพื้นผิวการขับขี่ที่ราบรื่นและเงียบสงบ
แรนดี้ เอเวอเร็ตต์เป็นผู้ดูแลแผนกอาวุโสของกรมขนส่งในแอริโซนาตอนกลาง
IGGA เป็นสมาคมการค้าที่ไม่แสวงหาผลกำไร ก่อตั้งขึ้นในปี พ.ศ. 2515 โดยกลุ่มผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านอุตสาหกรรม ซึ่งอุทิศตนเพื่อพัฒนากระบวนการเจียรและเซาะร่องด้วยเพชรสำหรับพื้นผิวคอนกรีตซีเมนต์พอร์ตแลนด์และแอสฟัลต์ ในปี พ.ศ. 2538 IGGA ได้เข้าร่วมเป็นสมาชิกของสมาคมปูผิวทางคอนกรีตแห่งอเมริกา (ACPA) และก่อตั้ง IGGA/ACPA Concrete Pavement Protection Partnership (IGGA/ACPA CP3) ในปัจจุบัน ปัจจุบัน ความร่วมมือนี้ถือเป็นแหล่งข้อมูลทางเทคนิคและผู้นำอุตสาหกรรมด้านการตลาดระดับโลกด้านพื้นผิวทางเท้าที่ได้รับการปรับแต่งให้เหมาะสม การซ่อมแซมทางเท้าคอนกรีต และการปกป้องทางเท้า ภารกิจของ IGGA คือการเป็นผู้นำด้านเทคโนโลยีและแหล่งข้อมูลส่งเสริมการยอมรับและการใช้เพชรเจียรและเซาะร่องอย่างถูกต้อง รวมถึงการอนุรักษ์และฟื้นฟู PCC