海南地區高速公路瀝青路面改建關鍵技術應用研究

摘 要：本文以海南西線高速公路路面改建工程為依托，介紹了海南地區高速公路路面改建關鍵技術應用情況。面層以下基層以及土基的檢測與判別、基層病害處治以及原瀝青路面再生回收利用是瀝青路面改建的關鍵技術。綜合考慮海南地區氣候特點和施工條件，提出了三種關鍵技術地域性實施具體措施，同時對實踐情況和改建的效果進行評價，以供今后類似工程作為參考。

關鍵詞：改建工程 關鍵技術 基層病害處治 路面再生回收

中圖分類號：U414 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）04（a）-0086-04

隨著全國高速公路路網的持續完善，原有高速公路尤其是瀝青路面隨著使用時間的延續，使用性能和承載能力不斷降低，超過設計使用年限后便不能滿足正常行車交通的要求，需要補強或改建，可以預計今后高速公路的改建任務越來越成為重中之重。

在瀝青路面改建前，由于路面基層病害不確定性且按照現有的規范指標很難去判斷是否需要處治基層，因此基層病害診斷分析以及基層的處治技術成為瀝青路面改建的關鍵所在。另外，交通部發布的《交通運輸“十二五”發展規劃》中，已經明確提出要加快建立以低碳為特征的交通運輸體系，強化節能減排，集約節約利用資源，促進資源循環利用，加強生態和環境保護，實現交通運輸綠色發展[1]。因此這些要求道路工作者在進行改建時將綠色低碳環保的要求作為必須考慮的因素，路面再生技術也成為路面改建的關鍵技術之一。

本文以海南某高速公路路面改造工程為依托，詳細闡述了基層病害診斷分析及判別依據、基層處治技術方案以及瀝青面層回收利用方案三種關鍵技術。綜合考慮海南地區氣候特點，提出了三種關鍵技術地域性實施具體措施，同時對實踐情況和改建的效果進行評價，以供今后類似工程作為參考。

1 基層病害診斷分析

1.1 原路面情況

項目全長99.715 km，修建于1996年，1998年通車。修建時路面面層為兩層，路面結構層總厚度為60 cm，總體上原路面結構形式為4 cm中粒式瀝青混凝土+6 cm粗粒式瀝青混凝土+30 cm水泥穩定碎石+20 cm 級配碎石+土基。

從病害類型來看，改建前路面主要是網裂、塊裂伴隨唧漿，整體路面破損狀況較為嚴重，按現行規范評價，項目路段整體路況處于較差的使用狀態，超過50%的路段PCI評價為次、差。從彎沉評價來看，全路段單幅67 km路段評價為中及以下，最大單點彎沉99.9（0.01 mm），公里段最大代表彎沉達到87.4（0.01 mm）。

1.2 基層病害診斷分析

通過對原路面調查，針對其主要病害類型，調查方案以破損、彎沉、取芯檢測和室內試驗為主。為了判斷面層以下基層以及土基的情況，引入FWD彎沉盆數據進行評價，同時輔助通過路面取芯等手段進行驗證。

FWD彎沉盆數據中包含了路面各結構層狀況的豐富信息，可以通過彎沉盆的幾何特性來表征路基、路面結構層的強度和承載能力。同時利用模量反算軟件可以反算出各結構層的模量，對結構層強度進行直觀的評價。國內外的相關研究指出，不同位置傳感器之間彎沉值差與瀝青路面各結構層模量之間有很好的相關性，因此可以通過獨立的彎沉盆參數來表征各結構層的強度情況。本次采用的FWD落錘式彎沉儀7個標準化傳感器分別被設置在距離承載盤中心預設的半徑處（半徑距離為0.0 m，0.2 m，0.3 m，0.45 m，0.6 m，0.9 m和1.2 m）。圖1說明了不同路面層對彎沉參數的影響。

（1）中心彎沉（d0）指示路面整體反應情況。

（2）彎沉參數（d0-d200）指示瀝青層的反應情況。

（d200=在0.2 m半徑處的彎沉）

（3）彎沉參數（d200-d600）指示基層的反應情況。

（d600=在0.6 m半徑處的彎沉）

（4）彎沉參數（d600-d1200）指示底基層的反應情況。

（d1200=在1.2 m半徑處的彎沉）

（5）最外部彎沉（d1200）指示土基層的反應情況（見圖1）。

通過路面破損指數、路面結構強度、FWD模量反算以及取芯情況可以得到以下幾點。

（1）從彎沉與破損之間的相關性來看，PCI與PSSI具有較好的相關性，即病害的產生與原路面整體強度較低有很大的關系。（見圖2）

（2）FWD彎沉參數D20-D60指標與基層的松散之間存在較為明顯的門檻值，當D20-D60大于16時，基層發生松散的概率大大增加（如圖3）。因此可以通過D20-D60指標進行基層松散的判定標準。

（3）當代表彎沉大于50時，土基的含水量在25%～45%之間（如圖4），基本接近軟土的標準，因此可以認為代表彎沉大于50時，其土基狀況基本處于較差的狀態，需要對土基進行處治后方能使用。

1.3 基層處治判別

通過評價分析，最終選取PSSI、PCI以及D20-D60三個指標組成本項目的評價指標體系，并通過鉆取芯樣、土基含水量等現場試驗進行了驗證，確定各指標的閥值。最終確定的路段劃分采取以下指標，如下表1所示。

通過以上指標確定的處治路段，在施工實施期間，基本符合預判結果，應用效果良好。說明通過PSSI、PCI及D20-D60三個指標確定大修路段方案是合適的。

2 基層處治技術

海南地區瀝青路面改建基層處治時主要考慮的因素有如下幾點：（1）由于原路面營運時間較長，基層強度和結構基本趨于穩定，因此在徹底處理原路面病害的同時，盡可能少對基層進行深開挖。（2）海南多雨的氣候特點不適合基層深開挖后處于浸泡狀態。（3）海南總體高速公路路網并不發達，改建期間整體交通壓力會很大，因此要求基層處治時間不能過長，且處治的方案有利于施工組織計劃安排。（4）必須綜合考慮各種路面再生技術的組合以達到舊路材料的100%循環利用的目的，實現節能環保效益。

根據上述因素，結合基層處治判別依據，對基層處治采取以下三種方案。

（1）對80

（2）對5316的路段，銑刨瀝青面層后發現局部基層損壞較為嚴重：網裂嚴重、松散，因此提出對基層進行處治，采用水泥就地冷再生的方式進行處理。

水泥就地冷再生一方面解決基層破損問題，改善路面整體強度，另一方面充分利用原水穩基層材料，避免老路開挖浪費，節省施工時間。

本項目中使用了現階段兩種應用成熟的就地冷再生機Wirgten WR2500S和WR4200，其中WR2500S最大工作寬度為3.0 m，對半幅路段需要進行3次，再生最大深度為50 cm；WR4200最大工作寬度達4.2 m，半幅路段再生需要2次，再生最大深度為20 cm。每天再生路段長度基本在500 m半幅，再生時僅封閉再生車道，另外車道施工車輛甚至社會車輛可順利通行，因此對整體的交通組織影響并不大，適合大修改造工程。

水泥就地冷再生對改善原基層頂面外觀作用明顯，可消除了原基層頂面裂縫；且對原路面基層頂面強度改善作用明顯，本項目中代表彎沉由改造前的150（0.01 mm）左右降低至50（0.01 mm）左右，平均彎沉由改造前的90（0.01 mm）左右降低至30（0.01 mm）左右。（如圖5）。但值得注意的是，再生后強度均勻性一般，其強度縱向變異系數在30%左右，主要受原路面基層變異性和再生離析有關。

（3）對PSSI<53的路段，銑刨瀝青面層后基層整體松散，繼續對基層進行開挖后，路床整體松軟和彈簧，因此處治方案為對路床進行開挖30 cm，若開挖30 cm路床后仍含水量大，最多繼續開挖30 cm，采用30 cm片石和30 cm碎石或銑刨料回填，上層依次采用20 cm級配碎石+38 cm水泥穩定碎石回填。此方案除了能夠很好解決基層整體結構強度外，還采用級配碎石層作為整體排水層，防止基層受地下水侵蝕。由于此方案需要開挖的深度超過1 m，因此要盡可能避免在雨天施工，且要求施工過程中做好臨時排水措施。

3 瀝青面層回收利用技術

對于老路瀝青面層銑刨料，采用廠拌冷再生的方式，作為新路的下面層，無論是使用比例還是使用層位上都可以最大程度的利用舊路材料。同時考慮到項目路所在地屬于多雨地區，為避免養生期過長影響工期，采用泡沫瀝青廠拌冷再生的方式處理瀝青面層廢料無疑是最合適的方案之一[3]。

通過室內配合比試驗表明，本項目使用的SK70#瀝青的適宜發泡溫度為165 ℃，發泡用水量為3.5%，膨脹率和半衰期滿足規范要求。礦料配比為RAP∶新集料∶水泥=80%∶18.5%∶1.5%，泡沫瀝青的用量為2.5%、含水量為5.3%（泡沫瀝青和水均為外摻）。所設計的冷再生混合料15 ℃浸水劈裂強度為0.66 MPa，強度滿足JTG F41-2008規定的15℃劈裂強度不小于0.5 MPa強度指標[4]。

圖6顯示的是泡沫瀝青冷再生混合料的設計級配，可以看出以下幾點。

（1）泡沫瀝青冷再生混合料的顆粒大多集中在5～10 mm之間，細料和粗料都比較缺乏，由于新集料的添加比例有限，一般情況下不會對原級配造成很大影響。

（2）多個工程出現0.075 mm以下顆粒含量不足的現象[5][6]，但是并未影響到泡沫瀝青冷再生混合料的性能，因此對于規范中0.075 mm顆粒含量的限制，施工過程中可適當放寬。

圖7是泡沫瀝青廠拌冷再生現場施工的情況，該技術施工質量控制關鍵在于壓實[7][8]，經過充分壓實的泡沫瀝青混合料取芯已經非常接近熱拌瀝青混合料，如圖8。

泡沫瀝青廠拌冷再生養生期短一直是它的優勢之一。本項目正常施工情況下，2～3天能夠取出較為完整的芯樣，并不會影響某個斷面的施工進度，因此非常適合改建工程?？紤]到海南地區雨水比較多，且即時雷雨比較多，因此本項目也采用薄膜覆蓋、封層以及自然養生的方式進行養生比較，在養生3天后對不同方案進行取芯，基本都能取出完整的芯樣，同時不同方案之間的芯樣完整程度并沒有顯著差異。從現場情況來看，在高溫下碾壓完成后的泡沫瀝青冷再生表面在幾小時內就已經變干發白，說明泡沫瀝青在很短的時間內就開始成型。因此在高溫多雨地區并不存在泡沫瀝青冷再生養生困難的問題，只要保證施工過程中避開雨水，在施工完成后數小時后即可以通過撒布封層的方式進行進一步的封水，同時也不會延長強度形成的時間。

4 結語

（1）瀝青路面改建關鍵技術有如何判斷面層以下的基層以及土基的情況、基層病害處治以及原瀝青路面再生回收利用三方面。

（2）通過對原路面破損調查、FWD彎沉盆檢測及路面取芯等綜合指標確定基層處治原則，當D20-D60大于16時，基層發生松散的概率大大增加，則需要對基層進行處治；當代表彎沉大于50時，土基的含水量在25%～45%之間，需要對土基進行處治。

（3）針對海南區域氣候特點、路網分布以及改建路面的施工條件，對基層的處治盡量做到少深開挖，可以采取灑布水泥凈漿、水泥就地冷再生來解決基層破損狀況。

（4）對于原瀝青面層銑刨料，采用泡沫瀝青廠拌冷再生的方式作為新路的下面層，無論是使用比例還是使用層位上都可以最大程度的利用舊路材料。海南地區高溫多雨，泡沫瀝青養生不存在問題，只要保證施工過程中避開雨水，在施工完成后數小時后即可以通過撒布封層的方式進行進一步的封水，不會延長強度形成的時間，一般2～3天就可以進行下一道工序，非常適合改建路面工程。

參考文獻

[1]交通部.交通運輸“十二五”發展規劃[S].2011.

[2]舒森.水泥穩定就地冷再生基層應用技術研究[D].長安大學碩士學位論文.

[3]JTJ F41-2008，公路瀝青路面再生技術規范[S].2008.

[4]拾方治，孫大權，羅芳艷，等.泡沫瀝青混合料物理力學特性的試驗研究[J].公路，2004，49（5）：132—146.

[5]徐金枝，崔文社，郝培文，等.泡沫瀝青廠拌冷再生技術在高速公路中的應用[J].武漢理工大學學報，2006，28（9）：52-55.

[6]拾方治，馬衛民.瀝青路面再生技術手冊[M].北京：人民交通出版社，2006.

[7]同濟大學，杭州市公路局.泡沫瀝青冷再生技術的應用研究[R].2007.

[8]栗關裔.泡沫瀝青冷再生技術的應用研究[D].同濟大學碩士學位論文.