半剛性基層瀝青路面養護維修處治研究

楊 波

(山西交通控股集團有限公司太舊高速公路分公司，山西 太原 030600)

1 引 言

隨著基礎設施的快速發展，我國公路網日益完善。然而，不斷增加的交通負荷加速了路面的退化[1]。因此，為了提高路面性能，延長路面使用壽命，公路工程的重點逐漸從新的設計和施工活動轉移到現有公路網的養護和修復(M&R)任務上，采用了各種路面養護措施來減緩路面的老化。然而，養護和修復活動消耗了大量的公路資金，如何優化各公路機構的養護措施至關重要，其中一個關鍵因素是對不同養護措施的有效性進行評估，養護效果的量化比較為公路機構提供了合理的養護決策支持[2]。

現有的維修效果評價研究可分為短期評價和長期評價。在短期分析中，最常用的指標是惡化減少水平(DRL)[3]，是指養護執行后路面退化的后續減少量，計算為養護前后路面狀況的差值。然而，由于在維護執行和惡化監控之間存在時間延遲，惡化減少水平通常會低估維護的有效性?？冃S(Performance jump，PJ)是另一種常用的短期有效性度量。它揭示了在維護之前和維護之后的處理可以立即改善路面性能[4，5]。采用PJ測度評價密封涂層處理的短期效果，結果表明，PJ與養護前路面狀況存在顯著的相關性，說明合理的養護時機很重要。

2 數據準備

歷史養護信息的調查對于通過監測數據評價路面養護處理的有效性具有重要意義。圖1總結了山西省17年來高速公路的累積維護里程。研究表明，最常用的路面養護處理包括就地熱回收(HIR)、磨銑填充(M&F)、薄HMA覆蓋(THO)和微鋪(MS)。本研究評估了四種處置方法的有效性。

圖1 近年維修處理方式統計圖

3 維修效果評估

3.1 性能越變測量

作為衡量短期養護效果的最簡單的指標，PJ指標評估了養護執行后路面退化的瞬時減少情況。它被認為是維修前和維修后車轍深度的差值，如圖2所示。圖2給出了車轍深度隨時間的變化，其中，Ri為ti監測時刻的車轍深度。具體來說，點B和點C分別對應于維修前的車轍深度和維修后的車轍深度。點A和點D分別為維護前和維護后指定時間段的車轍深度。一般情況下，指定的時間段為1年。因此，PJ為RB與Rc之差。在本研究中，PJ由公式(1)計算。

圖2 車轍深度隨時間變化圖

PJ=RB-RC

(1)

式中：RB為維修前的車轍深度,mm；Rc為維修后的車轍深度,mm。

3.2 降低變質率的措施

盡管PJ結果反映了路面退化的瞬時減少，但高PJ值并不總是與養護后的更好性能相關。其主要原因不僅在于初始路面劣化程度的變化，還在于施工控制水平的差異。一般來說，養護活動的好處是減緩路面的退化，因此，提出了DRR措施來評價路面隨時間或累積荷載的退化程度。將DRR定義為車轍深度維修前后的斜率之差，即AB線與CD線的斜率之差。因此，DRR由公式(2)表示。

(2)

式中：RA為維修前的起點；RB為維修前的終點；Rc為維修后的起點，車轍深度代表維修后的終點；tA、tB、tc、tD分別對應RA、RB、Rc、RD對應的時刻。

3.3 平均變質還原率的量度

為了評估長期的維修效果，長期惡化減少量用ADRR來衡量，ADRR是指維修前的車轍深度與維修后的平均車轍深度之間的減少率，用式(3)表示：

(3)

式中：Rpre為維修前的車轍深度，mm;Ravg為維修后的長期平均車轍深度,mm。

在短期有效性分析中，與PJ和DRR措施相比，ADRR顯示了平均PJ百分比在治療壽命中的演變。因此，本研究除了分析路面養護后短時間內的劣化減少情況外，還納入了各種因素在處理使用壽命期間對路面性能的影響，ADRR結果越高，車轍深度的長期改善越好，即長期維護效果越好。

4 實驗結果與討論

以高速公路G55和G5的車轍深度數據為基礎，采用PJ、DRR和ADRR評價HIR、M&F、THO和MS 4種處理的短期和長期有效性。

4.1 性能跳

為了避免在評估調查公路的短期有效性時出現時間相關誤差，本研究采用PJ測度，該測度反映了養護前和養護后車轍深度的瞬時差異，并通過公式(2)計算。在PJ分析中，使用維修前的車轍深度，因為它是在分析期間累積交通負荷和環境負荷的共同因素。因此，收集并計算2條調查公路養護前的PJ結果和車轍深度，如圖3所示。

由圖3可知，隨著養護前車轍深度的增加，各調查公路的PJ也呈現出穩步上升的趨勢。最高的PJ與養護前車轍深度相近，說明養護施工質量較高。此外，維修前的PJ結果與各種車轍深度有明顯的分類。養護前車轍深度小于9 mm時，高強度養護公路的PJ最高。養護前車轍深度超過10 mm時，養護后的公路PJ最高。

圖3 通過四種處理方法對調查的公路進行養護前的PJ與車轍深度對比

4.2 平均變質還原率

為了評價長期維護的有效性，長期惡化的減少量用ADRR來衡量。在本研究中，根據公式(3)得到ADRR，其中考慮維修前的車轍深度和維修后5年內的平均車轍深度。四種處理的ADRR結果如圖4所示。從圖4中可以看出，HIR維持的公路的ADRR最高，而MS維持的公路的ADRR最低。根據定義，ADRR是維護前車轍深度的減少率和維護后車轍深度的平均減少率。因此，ADRR越高，維修后的平均車轍深度越低，說明維修提高的長期抗車轍性能越好。由此可見HIR維持的高速公路的長期抗轍性能最佳，MS維持的高速公路的長期抗轍性能最差。結合短期養護效果，高強度養護后的高速公路無論在長期還是短期都具有最佳的抗車轍性能。

圖4 四種處理方法維持調查公路的ADRR

4.3 動態穩定性

通過車轍試驗，分析了2條養護公路圓柱形試件的動力穩定性。結果如圖5所示，各樣品的動態穩定性隨時間呈穩定上升趨勢，說明維修活動提高了抗車轍能力，這種改善主要是由于瀝青老化和路面致密化造成的。對于瀝青來說，由于輕組分的揮發、氧、熱、光的作用以及溫度的變化，瀝青在應用養護后就會發生老化。老化瀝青的滲透性和延性降低，軟點和黏度增加，導致瀝青硬化。硬化后的瀝青提高了路面在高溫下的抗車轍性能。路面結構養護后存在大量孔隙。隨著時間的推移，路面在交通荷載的作用下逐漸致密化。因此，這兩個因素進一步提高了路面的抗車轍能力。值得注意的是，MS養護高速公路巖芯樣品的動態穩定性在養護3～4年后略有下降趨勢，說明MS的使用壽命只有3～4年。

圖5 四種處理方法處理下的動態穩定性

5 結 論

本研究利用2個公路路段的車轍深度數據，對HIR、M&F、THO和MS 4種處理方法的有效性進行了評價。根據評估結果，確定最有效的治療方法。主要結論總結如下。

(1)提出的PJ、DRR和ADRR可以綜合評價短期和長期的維修效果。

(2)PJ結果表明，養護前車轍深度對養護后路面抗車轍性能起著至關重要的作用，尤其是HIR和M&F處理。養護前車轍深度小于9 mm時，HIR的路面抗車轍性能最好。而當養護前車轍深度大于10 mm時，M&F的抗車轍性能最好。