廣東省高速公路就地熱再生路面長期性能調查與評價

陳楚鵬 李善強 許新權 羅雪平 劉 鋒

(廣東華路交通科技有限公司1) 廣州 510420) (廣東交科技術研發有限公司2) 廣州 510420)

0 引 言

就地熱再生路面具有施工效率高、開放交通快和100%利用原路面材料等技術特點,可以提高路面的抗滑性能,修復原路面車轍、裂縫等病害,作為一種環保型技術已逐漸成為公路路面養護的一個重要發展方向[1-3].

JTG 5421—2018《公路瀝青路面養護設計規范》[4]針對高速公路功能性修復提出了5～8年的預期壽命,但我國不同地區氣候和交通條件會導致就地熱再生技術的預期壽命存在一定差異.此外,隨著2020年廣東省高速公路通車里程突破1萬km,未來大量的高速公路需要進行功能性養護,亟須總結廣東省高速公路就地熱再生技術應用情況,調查和評價廣東省高速公路就地熱再生路面長期性能,有利于進一步推廣和應用就地熱再生技術.

針對此類問題,李俊等[5]采用現場芯樣評價了再生前后路面材料的性能,結果表明:再生路面與銑刨重鋪路面相比,其級配偏細,馬歇爾穩定度相當,抗開裂性能較差.曲妍[6]研究了再生對路面技術狀況的改善效果,結果表明:原路面再生后提高了行駛質量和抗滑性能及密水性,SFC>50,構造深度提高,滲水系數下降.姚宏達等[7]針對就地熱再生混合料級配變異性大、不確定因素多等特點,采用室內試驗研究了就地熱再生混合料的配合比設計及性能評價體系,結果表明:就地熱再生混合料新料可通過析漏指標控制瀝青用量,就地熱再生混合料具有良好的高溫性能和水穩定性,但低溫抗裂性能較差.

綜上所述,現有研究集中在就地熱再生混合料性能評價和在養護工程中的應用方面,缺乏廣東省高速公路氣候和交通條件下就地熱再生技術的適用性和長期性能研究.廣珠東高速公路、廣惠高速公路、機荷高速公路和廣州繞城高速南環段于2009—2018年鋪筑了就地熱再生試驗段,文中對四個試驗段的路面結構形式、配合比設計、再生工藝、原路面狀況和通車運營3～5年后的性能進行調查和評價.

1 就地熱再生路段項目概況

1.1 項目概況

對廣東省部分高速公路就地熱再生路段的地理位置、氣候特點、交通情況、應用規模和養護時間進行調查,其結果見表1.

表1 廣東省部分高速公路就地熱路段項目概況

調查路段均位于珠三角地區,高溫季節路表溫度可達60℃以上,年降水量1 500～2 500 mm,因此,就地熱再生試驗段面臨的高溫多雨的氣候考驗.此外,四條路段歷年來一類和二類小車數量所占比例均在80%左右,三類～五類重載車所占比例約為20%,因此,試驗段還面臨重載交通荷載考驗.

1.2 再生方式

根據文獻[8]規定,就地熱再生可分為復拌再生法和加鋪再生法兩種工藝,試驗段施工選取了不同的再生工藝,廣惠高速公路、機荷高速公路、廣珠東高速公路和廣州繞城高速南環段試驗段選擇的再生方式見表2.

1.3 路面結構

分別選取了路基段和橋面段實施了就地熱再生試驗段,各試驗段的路面結構見表3.

表3 廣東省部分高速公路就地熱再生路面結構

2 配合比設計

2.1 再生層配合比設計

無論是復拌再生法還是加鋪再生法,均需根據原路面的材料狀況添加一定量的新瀝青、再生劑或新瀝青混合料,以提高再生瀝青混合料性能,延長就地熱再生路面的使用壽命,各試驗段的再生層材料添加比例見表4,再生瀝青混合料性能見表5.

表4 再生層配合比設計

表5 再生瀝青混合料性能試驗結果

由表4可知:為恢復老化瀝青的性能,試驗段均添加了不同摻量的再生劑,但不同項目添加新瀝青或新瀝青混合料有差異,廣惠和廣州繞城高速公路南環段試驗段未添加新瀝青或新瀝青混合料,廣珠東添加了新瀝青混合料,機荷高速添加了新瀝青;分析再生瀝青混合料的性能可知,試驗段再生瀝青混合料設計空隙率在3%～6%,且均具有較好的力學性能和水穩定性能.

2.2 加鋪層配合比設計

采用馬歇爾設計方法進行了加鋪層混合料配合比設計,混合料性能試驗結果見表6.

由表6可知:加鋪層均具有較好的高溫抗車轍、水穩定性和密水性能.

表6 加鋪層瀝青混合料馬歇爾及性能試驗結果

3 路面狀況調查

3.1 再生前路面狀況

1) 原路面的材料狀況 依據規范要求對原路面瀝青混合料進行瀝青回收,得到其瀝青含量及老化瀝青針入度、軟化點及延度,試驗結果見表7.

表7 再生前路面材料狀況

由根據上述結果可知:廣珠東路面再生層瀝青老化程度較輕,其余高速公路瀝青老化程度較嚴重,四條高速公路再生層瀝青含量均較高.原路面老化瀝青針入度及再生層瀝青含量符合文獻[8]規定.

2) 原路面的典型病害型式 就地熱再生前對試驗段進行了病害調查,其典型病害描述見表8.在四條高速公路分別選取1 km就地熱再生試驗段,統計其路面損壞和裂縫度指標,結果見圖1.

表8 再生前路面典型病害形式

圖1 原路面就地熱再生路段PCI及裂縫度

由表8可知:四條高速就地熱再生試驗段路面損壞較為嚴重,裂縫類病害為試驗段共有的典型病害類型且裂縫主要為貫穿裂縫,但廣惠及廣州繞城高速南環段裂縫度較低,廣珠東及機荷高速公路裂縫度較高.

3) 原路面養護歷史 對四條高速試驗段養護歷史進行調查,統計結果見表9.

表9 再生前路面典型病害型式

由表9可知:機荷高速公路銑刨重鋪一次,其余路段歷年未采取預防養護,因此四條高速公路就地熱再生試驗段未進行反復維修,不屬于反復維修路段.

3.2 再生后路面狀況

1)再生后路面典型病害 對試驗段典型病害進行跟蹤觀測,其再生后路面典型病害描述見表10.

表10 再生后路面典型病害型式

4)路面技術狀況指標 對試驗段抗滑性能、路面損壞、路面車轍及路面行駛質量狀況進行了3～5年的連續監測,其結果見圖2.

圖2 就地熱再生試驗段統計柱狀圖

4 長期性能評價

由圖2a)可知:四條高速公路試驗段SRI值經過3～5年運營后,其SRI指數均>80,具有良好的抗滑耐久性能;此外,試驗段采用了復拌再生法和加鋪再生法兩種再生方式,但其SRI結果無明顯差異,因此,復拌再生法也具有良好的抗滑耐久性,可適用于廣東省高速公路抗滑不足等病害處治.

由圖2b)并結合表10及圖3可知:工后1～2年,路面基本沒有病害,路面PCI指數均>90,評級為“優”,工后第3年路面損壞狀況指數開始呈現下降趨勢,路表出現少量坑槽和裂縫,工后4～5年路面松散、縱橫向裂縫及修補等病害有所增加,PCI開始有較大幅度下降,尤其是工后第5年,PCI指數<80,經實地調查發現再生處治前裂縫大部分反射至路表,因此,廣東省高速公路就地熱再生路面工后4年,裂縫逐漸反射至路表,PCI顯著下降.此外,對比不同再生方式發現,機荷高速上部加鋪了3 cm加鋪層,其具有更好的抗反射裂縫能力,工后5年的機荷高速PCI>廣珠東高速公路PCI.因此,為提高就地熱再生路面的抗反射能力和延長就地熱再生路面使用壽命,處理裂縫類病害較多路段時,應在就地熱再生層與下部結構間鋪設土工格柵或土工布,再生方式應盡量選擇加鋪再生法.

由圖2c)可知:各試驗段經過3～5年的運營后,路面車轍指數RDI呈下降趨勢,但下降幅度較小,運營5年后,路面車轍指數RDI≥90,評級為“優”,可見,就地熱再生路面可以承受廣東省高速公路重載交通和高溫氣候的考驗,具有良好的抗車轍能力.此外,對比四條試驗段RDI結果及其衰減規律發現,復拌再生法和加鋪再生法抗車轍能力無明顯差別,橋面段和路基段抗車轍能力也無明顯差別.

由圖2d)可知:四條試驗段經過3～5年的運營后,路面行駛質量RQI無明顯變化,就地熱再生路面行駛質量具有較好長期效果;此外,對比不同再生方式和路面結構類型的試驗段RQI值可知,結果無明顯差異,因此,路面結構類型和再生方式對就地熱再生路面RQI及其長期效果無明顯影響.

5 結 論

1) 廣東省高速公路就地熱再生試驗段工后3～4年,路面狀況指數依舊較好,說明就地熱再生路面的耐久性可以滿足重載交通和多雨地區的外界環境考驗,就地熱再生技術可應用于廣東省高速公路橋面及路基路段,可適用于裂縫、車轍和磨光等淺層病害處治.

2) 廣東省高速公路就地熱再生路面工后5年,裂縫逐漸反射至路表,PCI明顯下降,建議廣東省高速公路就地熱再生路面預期使用壽命為5年.

3) 復拌再生路面和加鋪再生路面抗滑和抗車轍性能無明顯差別,加鋪再生路面抗反射裂縫性能更好,復拌再生法和加鋪再生法均可作為廣東省高速公路預防養護措施.

4) 就地熱再生路面抗滑、路面車轍及路面行駛質量均具有長期耐久性能,但采用就地熱再生技術處理裂縫類病害較多路段時,應采用加鋪再生法或在就地熱再生層與下部結構間鋪設土工格柵,避免裂縫過快反射,以延長就地熱再生路面的使用壽命.