就地熱再生整形工藝處治瀝青路面車轍病害

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任公司，安徽 合肥 230000；2.江蘇遠錦濱江港港務有限公司，江蘇 南京 211100；3.南京林業大學，江蘇 南京 210037）

0 引言

隨著我國交通基礎設施的迅速發展，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，瀝青路面容易出現車轍病害，影響道路的舒適性和安全性。近年來，國內外學者對就地熱再生處治瀝青路面車轍病害進行了廣泛的研究，為解決這一問題提供了理論支持和實踐指導。

根據文獻資料，就地熱再生技術在處理瀝青路面車轍病害中具有顯著的經濟、環保以及社會效益。廖彬等［1］指出就地熱再生養護技術可充分使用舊料，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］闡述了就地熱再生技術在對中上面層處置時，具有效果好，時間短，節約成本等優點；張建坤［3］在文獻中指出就地熱再生可有效修復非結構性病害，尤其是裂縫，車轍等問題。

本文以一處需要進行大型修繕的路段為依托工程，結合實際案例探討了不同就地熱再生技術在具體工程中的應用效果和優勢，從原路面路況調查，結合病害成因分析及相關試驗結果，發現整形熱再生工藝對處置瀝青路面車轍病害有著更加優良的效果。本論文旨在為瀝青路面的維修和改進提供更有效的技術手段，為實現可持續的道路交通基礎設施發展做出一定的貢獻。

1 工程概況

2004 年某公路按照一級公路標準建成，并于2014 年進行擴建，以符合高速公路標準。由于使用時間長和車流量大，該公路的道路質量出現了嚴重的下降，需要進行大型修繕。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，經過多年的磨損和多次小型維護和保養，該公路的表面已經出現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險。

2020 年 4 月，業主計劃對 K1+278～K3+678 的公路進行維修，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段的主要施工范圍。路面由三層復合式結構構成，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。施工面積總計為 36 000 m2。

2 原路面調查

2.1 病害調查

就路面破損情況而言，隨著高速公路通車運營，瀝青路面會因行車荷載和自然條件等因素的作用而產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。本工程詳細調查了全線道路，并通過人工步行調查收集數據。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，破損率達到 21.64 %，路面破損面積為 7 905 m2。根據 PCI 的計算公式，該公路的路面狀況指數為 46.8，所得評價等級為差。得到如表1 所示的病害統計情況。

表1 病害類型統計分析表T m2

根據現場觀察可知，反射裂縫為所有貫通型橫向裂縫的主要形式，而修補處亦出現同樣的問題，并且在嚴重的地方出現了坑槽［6］。

現場觀測發現，所有機動車道（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 K3+678 的爬坡路段，最深處的車轍達到了 3.6 cm。

上行線的東側車道車轍最為嚴重，相比之下超車道則較為淺薄；而下行線的西側車道中，中間車道的車轍最為嚴重，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 處進行鉆芯取樣測試，得到如圖1 所示的芯樣對比測試結果。

圖1 芯樣對比

為了探究路面構造的厚度和車轍的發生之間的關系，本文對波峰、正常路段和波谷處的路面構造進行了對比分析。結果表明，路面構造的厚度和車轍的發生有關，波峰處的路面構造最厚（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）。

對于路面基層強度，路面上汽車輪胎痕跡留下的壓痕比較嚴重，但由于這些壓痕僅僅對上面層造成影響，基層強度是滿足需求的，不會發生結構性車轍。

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行了調查和統計。結果表明，車流量和重載超載車輛是導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，高峰時可達每天 70 000 輛，平均每天約有 50 000 輛車經過該路段。其中，重載超載車輛占比達到了 20 %，對路面造成了極大的壓力和損耗。通過對路面變形的監測和模擬，發現路面變形隨著累計荷載的增加而加劇，形成了明顯的車轍。由于連續配筋混凝土基層強度高，橫向反射裂縫數量達到了 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反射裂縫。

3 原路面就地熱再生工藝比選

為了選擇合適的就地熱再生方法，本文從試驗和施工效果對整形和復拌兩種工藝進行了對比分析，兩種工藝都可以用于修復車轍和橫向裂縫等路面病害，但它們有各自的優缺點和適用范圍。

復拌再生工藝是一種將舊瀝青路面刨除、加熱、攪拌、再鋪設的破損路面修復技術。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。在這個過程中，通過添加新的瀝青、再生劑以及其他添加劑，對舊瀝青的性能進行了改進，整個復拌再生工藝流程較為復雜。而整形再生工藝是一種適用于透水瀝青路面的翻修技術。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，實現通過整形機的整形、壓實，并保證新舊瀝青融合。

與復拌再生相比，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保等優勢［8］。整形工藝無需進行復雜的路面刨除、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、篩分等環節中的資源損失，減少了新瀝青的使用量。因為整形工藝是通過高溫軟化舊路面瀝青，避免了復拌工藝部分環節對基層的損傷，因此對基層以及環境的影響也較小。

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，需要根據具體路面狀況進行綜合評估和比較，選擇最適合的熱再生工藝。

本次試驗方案如圖2 所示。

圖2 兩種熱再生工藝對比試驗方案

3.1 原路面評價試驗分析

1）下面層分析。為了評價就地熱再生后的路面性能，本文對不同位置的瀝青混合料進行了性能試驗。其中，下層的瀝青混合料需要進行特別的處理，因為它們受到了原有路面的影響，可能存在老化或變質的問題。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行試驗，但下層暫時無法處理，需要進行進一步的分析和調整。測試結果為空隙率為 4.2 %，馬歇爾穩定度 16.7kN，流值 28.4，動穩定度2 108 次/min，殘留強度比 83.0 %，均符合規范要求。

試驗結果顯示，AC-20 下層瀝青混合料動穩定度為每分鐘 2 108 次，抗車轍能力性能良好。再借助芯樣調查情況，認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結果得出，具體數據如圖3 所示。上面層瀝青及瀝青混合料性能試驗如表2 所示。由此可見，瀝青上面層的老化程度并不嚴重。

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結果

3.2 就地熱再生工藝分析

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，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，新料的試驗結果如下：空隙率為 4.2 %，馬歇爾穩定度 12.7 kN，流值 34.3，動穩定度 2 988 次/min，殘留強度比 88.0 %，符合規范要求。

圖4 新添加混合料理論級配圖（整形再生）

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

當再生劑摻量為 3 % 時，試驗結果針入度變為 68（0.1mm），軟化點 47.0 ℃，延度 5.2 cm，混合料空隙率為 3.9 %，馬歇爾穩定度為 14.4 kN，流值為 38.4，其他性能試驗結果如表3 所示。

表3 上面層再生混合料試驗結果

根據上述試驗結果顯示，原本的路面瀝青表層經歷了相當嚴重的老化過程。不過，在使用了 3 % 的再生劑進行再生后，再生瀝青以及混合了再生瀝青的混合料的性能指標大體上已經可以符合規范要求。

2）復拌工藝分析。復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。試驗結果如表4 所示。

表4 混合料試驗結果（復拌再生）

3.3 工藝比選

上面層采用整形和復拌兩種再生工藝后的性能表現如表5 所示。

表5 兩種再生工藝混合料試驗結果

由試驗結果可以看出，整形再生處理后的混合料具有良好的高溫穩定性和耐久性，殘留強度也較高，這些指標都符合規范要求，可以有效地修復車轍病害。因此，建議使用整形工藝進行路面維修［9］。

熱再生施工時的再生劑用量，應根據瀝青含量確定，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。設計新添加瀝青混合料參數如下，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，劈裂強度為 1.2 MPa。

材料要求：瀝青品質不低于 B 級，且應滿足相關規范的所有規定。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，且不含風化顆粒。細集料需選取堅硬、潔凈、干燥的玄武巖細集料，人工軋制后具有適當的級配，且無風化、無雜質。礦粉應選用堿性的石灰巖石料，不可采用回收礦粉［10］。原材料的指標也均應符合上述規范的相關要求。

4 結語

經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，才能得出最終的結論。因此，我們將持續跟蹤道路狀況的變化。