丁中才，朱建華，王大明，張自鑫

（1.合肥市公路橋梁工程有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230000；2.江蘇遠(yuǎn)錦濱江港港務(wù)有限公司，江蘇 南京 211100；3.南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037）

0 引言

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施的迅速發(fā)展，瀝青路面逐漸成為公路、城市道路的主要鋪裝材料。然而，在長期的使用過程中，瀝青路面容易出現(xiàn)車轍病害，影響道路的舒適性和安全性。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對就地?zé)嵩偕幹螢r青路面車轍病害進(jìn)行了廣泛的研究，為解決這一問題提供了理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

根據(jù)文獻(xiàn)資料，就地?zé)嵩偕夹g(shù)在處理瀝青路面車轍病害中具有顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保以及社會效益。廖彬等［1］指出就地?zé)嵩偕B(yǎng)護(hù)技術(shù)可充分使用舊料，在解決了舊料處理問題的情況下，還可使施工成本降低一半；董艷梅［2］闡述了就地?zé)嵩偕夹g(shù)在對中上面層處置時，具有效果好，時間短，節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)；張建坤［3］在文獻(xiàn)中指出就地?zé)嵩偕捎行迯?fù)非結(jié)構(gòu)性病害，尤其是裂縫，車轍等問題。

本文以一處需要進(jìn)行大型修繕的路段為依托工程，結(jié)合實(shí)際案例探討了不同就地?zé)嵩偕夹g(shù)在具體工程中的應(yīng)用效果和優(yōu)勢，從原路面路況調(diào)查，結(jié)合病害成因分析及相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)整形熱再生工藝對處置瀝青路面車轍病害有著更加優(yōu)良的效果。本論文旨在為瀝青路面的維修和改進(jìn)提供更有效的技術(shù)手段，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的道路交通基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

1 工程概況

2004 年某公路按照一級公路標(biāo)準(zhǔn)建成，并于2014 年進(jìn)行擴(kuò)建，以符合高速公路標(biāo)準(zhǔn)。由于使用時間長和車流量大，該公路的道路質(zhì)量出現(xiàn)了嚴(yán)重的下降，需要進(jìn)行大型修繕。該公路的寬度為 32 m，共有雙向六車道和緊急車道，是城市的主要交通干道之一。然而，經(jīng)過多年的磨損和多次小型維護(hù)和保養(yǎng)，該公路的表面已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的車轍和裂縫，不僅影響了行車效率和舒適度，也增加了交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2020 年 4 月，業(yè)主計(jì)劃對 K1+278～K3+678 的公路進(jìn)行維修，該路段長 2.4 km。本次修繕工程的目的是提高該公路的道路質(zhì)量和性能，除去快車道與緊急車道，并以其余兩個主車道為此次試驗(yàn)段的主要施工范圍。路面由三層復(fù)合式結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分別由改性瀝青（AC-16）玄武巖，中粒式瀝青（AC-20）混凝土和連續(xù)配筋水泥混凝土組成，層厚分別為 5 cm，7 cm 和 22 cm。施工面積總計(jì)為 36 000 m2。

2 原路面調(diào)查

2.1 病害調(diào)查

就路面破損情況而言，隨著高速公路通車運(yùn)營，瀝青路面會因行車荷載和自然條件等因素的作用而產(chǎn)生不同程度的早期病害［4］。這些病害包括裂縫、坑槽和沉陷等［5］，其中車轍和橫向裂縫是主要的路面病害。本工程詳細(xì)調(diào)查了全線道路，并通過人工步行調(diào)查收集數(shù)據(jù)。具體來說，車轍深度＞2 cm 的路面病害是全線的主要問題之一，破損率達(dá)到 21.64 %，路面破損面積為 7 905 m2。根據(jù) PCI 的計(jì)算公式，該公路的路面狀況指數(shù)為 46.8，所得評價(jià)等級為差。得到如表1 所示的病害統(tǒng)計(jì)情況。

表1 病害類型統(tǒng)計(jì)分析表T m2

根據(jù)現(xiàn)場觀察可知，反射裂縫為所有貫通型橫向裂縫的主要形式，而修補(bǔ)處亦出現(xiàn)同樣的問題，并且在嚴(yán)重的地方出現(xiàn)了坑槽［6］。

現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn)，所有機(jī)動車道（緊急車道除外）均存在不同程度的車轍，并呈自南向北深度逐漸加深現(xiàn)象，在特定路段（K3+678～K2+300），車轍深度均不低于 2.6 cm，其中在接近終點(diǎn) K3+678 的爬坡路段，最深處的車轍達(dá)到了 3.6 cm。

上行線的東側(cè)車道車轍最為嚴(yán)重，相比之下超車道則較為淺?。欢滦芯€的西側(cè)車道中，中間車道的車轍最為嚴(yán)重，而超車道的車轍則相對較輕。在里程樁號為K2+200 處，對車轍深度為 2.5 cm 處進(jìn)行鉆芯取樣測試，得到如圖1 所示的芯樣對比測試結(jié)果。

圖1 芯樣對比

為了探究路面構(gòu)造的厚度和車轍的發(fā)生之間的關(guān)系，本文對波峰、正常路段和波谷處的路面構(gòu)造進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明，路面構(gòu)造的厚度和車轍的發(fā)生有關(guān)，波峰處的路面構(gòu)造最厚（6 cm+7 cm），波谷處最薄（4 cm+7 cm），而正常路段處介于兩者之間（5 cm+7 cm）。

對于路面基層強(qiáng)度，路面上汽車輪胎痕跡留下的壓痕比較嚴(yán)重，但由于這些壓痕僅僅對上面層造成影響，基層強(qiáng)度是滿足需求的，不會發(fā)生結(jié)構(gòu)性車轍。

2.2 病害成因分析

為了分析路面車轍病害的成因，本文對該路段的交通情況進(jìn)行了調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。結(jié)果表明，車流量和重載超載車輛是導(dǎo)致路面車轍病害的主要原因［7］。

具體來說，該路段的交通量非常大，高峰時可達(dá)每天 70 000 輛，平均每天約有 50 000 輛車經(jīng)過該路段。其中，重載超載車輛占比達(dá)到了 20 %，對路面造成了極大的壓力和損耗。通過對路面變形的監(jiān)測和模擬，發(fā)現(xiàn)路面變形隨著累計(jì)荷載的增加而加劇，形成了明顯的車轍。由于連續(xù)配筋混凝土基層強(qiáng)度高，橫向反射裂縫數(shù)量達(dá)到了 72 條，平均每隔 67 m 就有一條，在后期的使用中剛性基層更容易出現(xiàn)反射裂縫。

3 原路面就地?zé)嵩偕に嚤冗x

為了選擇合適的就地?zé)嵩偕椒ǎ疚膹脑囼?yàn)和施工效果對整形和復(fù)拌兩種工藝進(jìn)行了對比分析，兩種工藝都可以用于修復(fù)車轍和橫向裂縫等路面病害，但它們有各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。

復(fù)拌再生工藝是一種將舊瀝青路面刨除、加熱、攪拌、再鋪設(shè)的破損路面修復(fù)技術(shù)。該工藝主要包括了舊瀝青路面的刨除、破碎、篩分、加熱、攪拌和再鋪設(shè)。在這個過程中，通過添加新的瀝青、再生劑以及其他添加劑，對舊瀝青的性能進(jìn)行了改進(jìn)，整個復(fù)拌再生工藝流程較為復(fù)雜。而整形再生工藝是一種適用于透水瀝青路面的翻修技術(shù)。其工藝原理是在無需移除舊瀝青路面的情況下，通過高溫加熱使瀝青軟化，實(shí)現(xiàn)通過整形機(jī)的整形、壓實(shí)，并保證新舊瀝青融合。

與復(fù)拌再生相比，整形再生具有施工速度快，資源利用率高，對基層損傷小以及環(huán)保等優(yōu)勢［8］。整形工藝無需進(jìn)行復(fù)雜的路面刨除、破碎、篩分等步驟，施工流程較簡單，并且整形工藝直接利用原有的舊瀝青材料，避免了破碎、篩分等環(huán)節(jié)中的資源損失，減少了新瀝青的使用量。因?yàn)檎喂に囀峭ㄟ^高溫軟化舊路面瀝青，避免了復(fù)拌工藝部分環(huán)節(jié)對基層的損傷，因此對基層以及環(huán)境的影響也較小。

然而，整形再生工藝也存在一定的局限性，比如對舊路面路基損壞程度、瀝青層厚度等有一定要求，適用性有限。因此，在選擇熱再生方法時，需要根據(jù)具體路面狀況進(jìn)行綜合評估和比較，選擇最適合的熱再生工藝。

本次試驗(yàn)方案如圖2 所示。

圖2 兩種熱再生工藝對比試驗(yàn)方案

3.1 原路面評價(jià)試驗(yàn)分析

1）下面層分析。為了評價(jià)就地?zé)嵩偕蟮穆访嫘阅?，本文對不同位置的瀝青混合料進(jìn)行了性能試驗(yàn)。其中，下層的瀝青混合料需要進(jìn)行特別的處理，因?yàn)樗鼈兪艿搅嗽新访娴挠绊?，可能存在老化或變質(zhì)的問題。例如，位于西半幅 K2+200 的芯樣，取樣如同圖1 所示，上層約 4 cm 深的瀝青混合料可以直接進(jìn)行試驗(yàn)，但下層暫時無法處理，需要進(jìn)行進(jìn)一步的分析和調(diào)整。測試結(jié)果為空隙率為 4.2 %，馬歇爾穩(wěn)定度 16.7kN，流值 28.4，動穩(wěn)定度2 108 次/min，殘留強(qiáng)度比 83.0 %，均符合規(guī)范要求。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，AC-20 下層瀝青混合料動穩(wěn)定度為每分鐘 2 108 次，抗車轍能力性能良好。再借助芯樣調(diào)查情況，認(rèn)為上面層的車轍問題為主要病害。

2）上面層分析。原路面瀝青混合料的級配情況可以由試驗(yàn)結(jié)果得出，具體數(shù)據(jù)如圖3 所示。上面層瀝青及瀝青混合料性能試驗(yàn)如表2 所示。由此可見，瀝青上面層的老化程度并不嚴(yán)重。

圖3 瀝青混合料級配圖（上面層）

表2 上面層瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)結(jié)果

3.2 就地?zé)嵩偕に嚪治?/h3>

1）整形工藝分析。新料級配可以與原路面頂層的 AC-16 型級配一致，但由于原路面級配較細(xì)，因此可以向其中添加稍粗的瀝青混合料，如 AC-16 偏粗型，級配如圖4 所示，新料的試驗(yàn)結(jié)果如下：空隙率為 4.2 %，馬歇爾穩(wěn)定度 12.7 kN，流值 34.3，動穩(wěn)定度 2 988 次/min，殘留強(qiáng)度比 88.0 %，符合規(guī)范要求。

圖4 新添加混合料理論級配圖（整形再生）

再生試驗(yàn)分析如下，當(dāng)沒有摻再生劑時，瀝青三大指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果為針入度 45（0.1mm），軟化點(diǎn) 50.0 ℃，延度為 1 cm；混合料試驗(yàn)結(jié)果空隙率為 4.1 %，馬歇爾穩(wěn)定度 19.8 kN，流值 29.3，殘留穩(wěn)定度 88.7 %。

當(dāng)再生劑摻量為 3 % 時，試驗(yàn)結(jié)果針入度變?yōu)?68（0.1mm），軟化點(diǎn) 47.0 ℃，延度 5.2 cm，混合料空隙率為 3.9 %，馬歇爾穩(wěn)定度為 14.4 kN，流值為 38.4，其他性能試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

表3 上面層再生混合料試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果顯示，原本的路面瀝青表層經(jīng)歷了相當(dāng)嚴(yán)重的老化過程。不過，在使用了 3 % 的再生劑進(jìn)行再生后，再生瀝青以及混合了再生瀝青的混合料的性能指標(biāo)大體上已經(jīng)可以符合規(guī)范要求。

2）復(fù)拌工藝分析。復(fù)拌再生工藝與整形再生工藝中添加的新料一致，所以，只需試驗(yàn)添加再生劑的原路面與新混合料拌合而成的材料的性能。試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

表4 混合料試驗(yàn)結(jié)果（復(fù)拌再生）

3.3 工藝比選

上面層采用整形和復(fù)拌兩種再生工藝后的性能表現(xiàn)如表5 所示。

表5 兩種再生工藝混合料試驗(yàn)結(jié)果

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，整形再生處理后的混合料具有良好的高溫穩(wěn)定性和耐久性，殘留強(qiáng)度也較高，這些指標(biāo)都符合規(guī)范要求，可以有效地修復(fù)車轍病害。因此，建議使用整形工藝進(jìn)行路面維修［9］。

熱再生施工時的再生劑用量，應(yīng)根據(jù)瀝青含量確定，大體為原路面上層 4 cm 瀝青含量的 3 %。另外，新料采用 AC-16 混合料，級配如圖4 所示。設(shè)計(jì)新添加瀝青混合料參數(shù)如下，材料為 AC-16 瀝青混凝土（玄武巖），15 ℃抗壓模量為 2 000 MPa，20 ℃ 抗壓模量為1 400 MPa，劈裂強(qiáng)度為 1.2 MPa。

材料要求：瀝青品質(zhì)不低于 B 級，且應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范的所有規(guī)定。粗集料需選取滿足硬度要求的、潔凈的，粒徑≥4.75 mm 的玄武巖碎石，近似立方體狀，且不含風(fēng)化顆粒。細(xì)集料需選取堅(jiān)硬、潔凈、干燥的玄武巖細(xì)集料，人工軋制后具有適當(dāng)?shù)募壟?，且無風(fēng)化、無雜質(zhì)。礦粉應(yīng)選用堿性的石灰?guī)r石料，不可采用回收礦粉［10］。原材料的指標(biāo)也均應(yīng)符合上述規(guī)范的相關(guān)要求。

4 結(jié)語

經(jīng)過一年的熱再生施工，公路的路面車轍略有下降，平均不超過 3 mm，這表明到目前為止，熱再生治理車轍的效果良好。但是，我們還需更多時間來評估其高溫性能，才能得出最終的結(jié)論。因此，我們將持續(xù)跟蹤道路狀況的變化。