不同預(yù)防養(yǎng)護方案在柳州北環(huán)高速公路的應(yīng)用分析

摘要：文章根據(jù)2019年就地熱再生和超薄磨耗層技術(shù)在廣西柳州北環(huán)高速公路路面病害處治中的應(yīng)用，對兩種不同預(yù)防養(yǎng)護方案及其經(jīng)濟效益、節(jié)能減排和施工前后4個年度路況等進行對比分析。結(jié)果表明：（1）就地熱再生對機械要求更高，但經(jīng)濟效益更好且更節(jié)能；（2）就地熱再生和超薄磨耗層兩種技術(shù)能明顯提升路況指標；（3）施工后2年內(nèi)超薄磨耗層具有更好的抗滑性能，就地熱再生具有更好的抗裂性能，施工后3年內(nèi)路況指標均能維持在較高水平。

關(guān)鍵詞：預(yù)防養(yǎng)護；就地熱再生；超薄磨耗層

中圖分類號：U418.4 A 03 007 3

0 引言

隨著公路全壽命周期最低養(yǎng)護成本理念逐漸被認可和重視，交通運輸部在2018年首次將公路預(yù)防養(yǎng)護列入《公路養(yǎng)護工程管理辦法》。其中，就地熱再生和超薄磨耗層兩種路面預(yù)防養(yǎng)護技術(shù)均可延緩路面使用性能衰減、延長路面使用壽命，從而降低公路壽命周期內(nèi)養(yǎng)護成本。

本文結(jié)合工程實例闡述了就地熱再生和超薄磨耗層兩種預(yù)防養(yǎng)護方案的選擇，并從施工流程及機械、經(jīng)濟效益、節(jié)能減排、路況等方面進行對比，可為同類項目提供參考。

1 工程背景

柳州北環(huán)高速公路（簡稱“柳州北環(huán)”）路面結(jié)構(gòu)為： 20 cm級配碎石+ 37 cm水泥穩(wěn)定碎石+ 6 cmAC-25瀝青混凝土+ 6 cmAC-20瀝青混凝土+ 4 cmAK-13改性瀝青混凝土。至本項目實施前，柳州北環(huán)已在高溫、多雨的南方氣候條件下通車13年。自2013年以來，其交通量增長較大，2018年自然交通量約為 6 000輛/d，其中貨車比重為46%。2018年第三季度MQI值為93.5，其中PQI值為93、PCI值為94.4、RDI值為85.5。根據(jù)2019年對柳州北環(huán)路面病害現(xiàn)場調(diào)查情況，路面整體狀況較好，主要病害為輕微車轍和路面淺層裂縫，不同公里段病害類型及數(shù)量差異較明顯。

2 舊路狀況

2.1 路況檢測

根據(jù)柳州北環(huán)2018年路況數(shù)據(jù)，路況相對較差的路段統(tǒng)計如表1所示。

2.2 路面病害調(diào)查

對表1所示路段進行路面病害人工調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)坑洞、沉陷、翻漿等結(jié)構(gòu)性病害，未見嚴重車轍。存在問題主要為路面老化較為嚴重、瀝青膜缺少、集料開始剝落，且軟弱顆粒及風(fēng)化巖含量較多。

2.3 路面鉆芯取樣分析

對原路面橫向裂縫、縱向裂縫、橫縱縫交叉以及路表未表現(xiàn)出任何病害的位置分別選點鉆芯，分析結(jié)果為：（1）芯樣完整，未發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層松散和結(jié)構(gòu)型病害；（2）裂縫基本發(fā)生在上面層，屬于疲勞裂縫。

3 方案的確定

根據(jù)路況數(shù)據(jù)和現(xiàn)場表觀病害分析情況，病害嚴重已不適合進行預(yù)防養(yǎng)護的路段采用銑刨重鋪上面層的方案進行修復(fù)養(yǎng)護。對路面整體結(jié)構(gòu)性能完好、主要病害為表層瀝青老化和淺層疲勞裂縫的路段，采用就地熱再生和超薄磨耗層兩種預(yù)防養(yǎng)護方案。其中，裂縫相對較多的路段采用就地熱再生方案，裂縫相對較少的路段采用超薄磨耗層方案。結(jié)合路段病害情況以及養(yǎng)護資金的安排，經(jīng)對比分析后，采用預(yù)防養(yǎng)護方案的路段如表2所示。

4 施工情況對比

4.1 施工流程對比

4.1.1 就地熱再生施工流程

（1）對施工路段進行交通管制，銑刨復(fù)拌攤鋪機、加熱機、壓路機等機械設(shè)備進場。

（2）銑刨外行車道左、右標線，并使用強力清掃車進行路面清掃。

（3）瀝青混合料拌和站生產(chǎn)添加了再生劑的新瀝青混合料。

（4）使用3臺加熱機對路表進行加熱。

（5）路表加熱的同時，銑刨復(fù)拌攤鋪機在最后一臺加熱機施工后緊跟著進行銑刨，并由運料車將新拌瀝青混合料加入到銑刨復(fù)拌攤鋪機料倉，在銑刨上面層的同時收集舊混合料，并與新混合料進行拌和形成再生混合料，新料占比約為15%。

（6）在銑刨、復(fù)拌的同時進行攤鋪，并使用壓路機進行壓實。

4.1.2 超薄磨耗層施工流程

（1）對施工路段進行交通管制，銑刨機、清掃車、攤鋪機和壓路機等機械設(shè)備進場。

（2）為避免加鋪的超薄磨耗層與應(yīng)急車道交界處出現(xiàn)臺階，使用銑刨機對交界線往中分帶方向?qū)挾?1 m范圍內(nèi)進行精銑刨，銑刨深度為 2.2 cm，銑刨結(jié)束后使用清掃車進行清掃。

（3）使用瀝青貼縫帶對路表裂縫進行修補。

（4）瀝青碎石封層車同步施工SBS改性瀝青粘結(jié)防水層，SBS改性瀝青用量為1.8～ 2.2 kg/m2，碎石撒布量為60%。

（5）瀝青混合料拌和站生產(chǎn)本項目所用的SBS改性瀝青AC-8型混合料。

（6）現(xiàn)場進行超薄磨耗層攤鋪和碾壓施工。

4.2 施工機械對比

經(jīng)市場調(diào)查，近些年實施瀝青混凝土路面就地熱再生項目較多的省份有廣東、浙江和江蘇等。在廣西僅有個別就地熱再生工程實例，當?shù)仄髽I(yè)沒有該施工方案所需的銑刨復(fù)拌攤鋪機和加熱機。本項目就地熱再生方案的實施，需考慮適當補償機械進出場相關(guān)費用。

5 經(jīng)濟效益對比

本項目因就地熱再生實施工程量較少，考慮熱再生設(shè)備進出場補償?shù)荣M用后，綜合單價為90元/m2。超薄磨耗層方案在綜合考慮行車道與應(yīng)急車道之間過渡段精銑刨以及路面裂縫處治費用的情況下，綜合單價約為72元/m2。如大面積進行就地熱再生，市場價格約為65元/m2，即就地熱再生相對超薄磨耗層，能節(jié)約成本9.72%。

6 節(jié)能減排對比

就地熱再生以及加鋪超薄磨耗層兩種預(yù)防養(yǎng)護方法在延長路面使用壽命的同時，還能減少養(yǎng)護施工作業(yè)時間，減少交通壓力并能節(jié)約養(yǎng)護成本，在節(jié)能減排方面也有良好體現(xiàn)。王賢衛(wèi)等對路面工程CO2排放進行了案例分析［1］，得出在運距約 30 km的情況下，某公路路面工程CO2排放情況為：生產(chǎn)階段排放系數(shù)為 3.829 0 kg/m3，運輸階段排放系數(shù)為 2.816 2 kg/m3，合計為 6.645 2 kg/m3，具體如表3所示。

本項目就地熱再生方案實施工程量為 11 516.216 m2，實施范圍為單車道 2 832 m。舊路面原材料100%回收再利用，添加占比為15%的新拌瀝青混合料用量約為 153.52 t，舊材料的再利用相比傳統(tǒng)的銑刨重鋪減少混合料用量 869.95 t，減少使用砂石約 370.03 m3。參考文獻［1］的研究成果，僅對施工所用砂石進行分析，即路面工程砂石使用中CO2排放系數(shù)按 6.645 2 kg/m3進行估算，本項目單車道就地熱再生 2 814 m，相比銑刨重鋪方案可減少CO2排放約 2 459 kg。如大面積進行瀝青混凝土路面就地熱再生，單車道每 100 km可減少CO2排放約 86.83 t。

本項目超薄磨耗層方案實施長度為雙車道 4 480.64 m，工程量為 36 474.11 m2。如采用銑刨后重鋪SBS改性瀝青AC-13混合料的方案，AC-13混合料用量估算為 3 370 t。本項目實際采用加鋪 2 cm厚SBS改性瀝青AC-8混合料，使用量約為 1 934 t，相對銑刨重鋪 4 cm厚上面層，估算可減少混合料用量約 1 436 t。參考文獻［1］的研究成果，僅對施工所用砂石進行分析，即路面工程砂石使用中CO2排放系數(shù)按 6.645 2 kg/m3進行估算，本項目超薄磨耗層相比銑刨重鋪上面層可減少CO2排放約 4 059.5 kg，如大面積加鋪超薄磨耗層，單車道每 100 km可減少CO2排放約 45.3 t。

在不考慮瀝青混合料加熱和碾壓等因素的情況下，僅對兩種方案中砂石生產(chǎn)和運輸進行對比，就地熱再生在減少CO2排放方面更有優(yōu)勢。

7 施工前后路況對比

本項目在2019年10月進行施工，預(yù)防養(yǎng)護的實施路段如表2所示共有8個公里段，其中序號6、7公里段因?qū)嵤┑拈L度相對較短，實施效果在按公里評定的路況數(shù)據(jù)中不能良好體現(xiàn)，因此不參與路況對比。其他6個公里段中，就地熱再生處治總長度為 2 814 m，超薄磨耗層處治總長度為 2 717 m，兩種不同預(yù)防養(yǎng)護方式處治長度均接近 3 km，對路況對比的影響權(quán)重基本一致。對兩種路段近4年路況數(shù)據(jù)平均值的變化采用曲線圖進行對比，如圖1～5所示。

因2022年柳州北環(huán)未進行路面抗滑性能檢測，所以抗滑性能（SRI）、路面技術(shù)狀況（PQI）對比3年，行駛質(zhì)量（RQI）、路面車轍（RDI）和路面損壞狀況（PCI）對比4年。其中，2019年為施工前，2020年及以后為施工后。由圖1～5可知：

（1）就地熱再生和超薄磨耗層兩種預(yù)防養(yǎng)護方式能明顯提升路況指標，且根據(jù)線段斜率可知就地熱再生的提升幅度更大。

（2）施工后2年內(nèi)，超薄磨耗層抗滑性能和行駛性能更好，熱再生在延緩裂縫發(fā)展方面更有優(yōu)勢，兩種路段路面技術(shù)狀況指數(shù)無明顯差距。

（3）施工后3年內(nèi)，兩種路段總體路況均處于較高水平，無較大衰減。

8 結(jié)語

（1）本項目中，就地熱再生和超薄磨耗層兩種預(yù)防養(yǎng)護方式在施工后2年內(nèi)路面技術(shù)狀況指數(shù)（PQI）較接近，對維持路況長久性的對比仍需跟蹤觀測。

（2）因條件有限，本文在節(jié)能減排方面僅對砂石生產(chǎn)和運輸中CO2排放量進行了對比，未對瀝青混合料加熱以及路面碾壓等過程中的節(jié)能減排進行對比。

（3）建議同類項目根據(jù)路段實際病害情況，盡早實施預(yù)防養(yǎng)護，并結(jié)合公路全壽命周期最低養(yǎng)護成本理念，考慮在第一階段進行表面預(yù)防養(yǎng)護，第二階段進行淺層預(yù)防養(yǎng)護。

參考文獻

［1］王賢衛(wèi)，吳靈生，楊東援.高速公路建設(shè)CO2排放計算分析［J］.公路交通科技，2014（2）：150-158.

收稿日期：2022-12-12