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就地熱再生工藝處治瀝青混凝土路面車轍的適應性探討
就地熱再生工藝處治瀝青混凝土路面車轍的適應性探討 關鍵詞：車轍；就地熱再生；層間熱黏結 近20年來，我國公路及市政道路建設事業(yè)飛速發(fā)展，其中大多數(shù)為瀝青混凝土路面，同時，我們面臨著越來越嚴峻的瀝青混凝土路面養(yǎng)護問題，這其中最為嚴重的就是路面車轍。車轍的產(chǎn)生原因有很多種，路面結果、氣候條件、施工材料、交通荷載等都對路面車轍，可以說，瀝青混凝土路面車轍，特別是渠化交通、紅綠燈路口的車轍，不僅困擾著我國的公路行業(yè)，在世界范圍內(nèi)也是一個問題。目前我國公路和市政道路車轍治理以銑刨重鋪為主，處治效果不盡如人意，銑刨重鋪路面經(jīng)過一個高溫季節(jié)又出現(xiàn)嚴重車轍的案例屢見不鮮，并且養(yǎng)護過程中造成大量的資源浪費和環(huán)境污染，不僅消耗了大量的人力物力，也不符合建設節(jié)約型交通行業(yè)的要求。 瀝青混凝土路面就地熱再生技術作為一項綠色、環(huán)保的新技術，近年來成長較快，而且國內(nèi)一些企業(yè)和研究機構致力于這項技術的研究發(fā)展，使得該技術日趨完善，目前已從小范圍的試驗試點開始大范圍的推廣應用。瀝青混凝土路面就地熱再生技術有諸多優(yōu)勢，其中最重要的一點就是再生混合料高溫穩(wěn)定性好，動穩(wěn)定度一般可達到6000次/mm以上，較新拌制的瀝青混合料提高一倍，反映到路面實際使用效果上就是車轍出現(xiàn)的嚴重程度大大降低。而且再生路面能與下承層有良好的熱黏結，使得路面的受力狀態(tài)契合了瀝青混凝土路面層間連續(xù)的設計假設，提高了瀝青混凝土路面層間的抗剪切變形能力，也間接地提高了道路的承載能力。 下面從瀝青混凝土路面車轍的成因特點入手，分析兩種工藝治理車轍的工藝特點和適應性，并針對一些工程的使用情況進行闡述，將工程經(jīng)驗與公路工作者分享和探討。 1. 車轍的類型和成因 1.1車轍的類型及成因分析 根據(jù)形成機理，瀝青混凝土路面的車轍一般可以分為以下4類。 （1） 磨損型車轍。 這類車轍是面層表面受到輪胎磨耗形成的，這類車轍常見于履帶機械車輛行駛所致，在我國較少，一般這些車轍無需做專門維修。 （2） 壓密型車轍。 這類車轍主要是由于瀝青混凝土面層自身的壓密形變造成的，車轍形成“V”字形，深度一般為5～10mm，對道路的行車沒有太大的影響。 （3） 結構型車轍。 這類車轍主要是由于路面結構設計不合理，或由于結構層壓實不好或整體性不好，尤其是路基承載能力不足引起的。這類車轍往往橫向較寬，兩側沒有明顯隆起現(xiàn)象，橫斷面成U形（凹型），常伴有裂縫，并且短期內(nèi)不會穩(wěn)定，隨著時間的延續(xù)，車轍深度及其他相關路面破壞會不斷加劇。結構型車轍是柔性基層瀝青混凝土路面主要的車轍類型，在半剛性基層瀝青混凝土路面中較為少見。 （4） 失穩(wěn)型車轍。 這類車轍主要是由于瀝青混凝土高溫穩(wěn)定性不足，或貨車超載嚴重，引起瀝青混凝土發(fā)生剪切變形產(chǎn)生的。這類車轍有明顯的隆起現(xiàn)象，整個車轍斷面形成“W”形，深度達20～50mm，嚴重時局部地段會出現(xiàn)大段松散破壞，行車時跳動感明顯。
在我國，由于高等級公路瀝青混凝土路面普遍采用半剛性基層，絕大多數(shù)車轍屬于失穩(wěn)型車轍和壓密型車轍。 1.2車轍成因分析 通過大量的現(xiàn)場調(diào)查并進行路面鉆芯和切割取樣分析，綜合室內(nèi)試驗結果分析得出車轍產(chǎn)生的原因，總體來說車轍產(chǎn)生的因素可分為外因和內(nèi)因兩個方面，國內(nèi)外對車轍產(chǎn)生的原因已有深入的研究，本文不做過多贅述，為配合后文工藝特點的分析，對車轍的成因僅做簡單描述。 1.2.1外部因素分析 外部因數(shù)主要包括高溫、重荷載、渠化交通、車流量、路面縱坡的影響，其中高溫和重荷載是兩個影響最大、最普遍的因素。 （1） 高溫對車轍的影響。 路面車轍的發(fā)展過程實際上是瀝青混合料在高溫下的蠕變過程。溫度越高，瀝青混合料的勁度模量越低，抗車轍能力較小。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)高速公路車轍的產(chǎn)生一般發(fā)生在每年的7、8、9月份中，尤其是連續(xù)幾天內(nèi)出現(xiàn)高溫天氣時，車轍很容易出現(xiàn)。一般連續(xù)的高溫使得路面積聚的熱量不能很快地釋放出去，瀝青混合料在持續(xù)高溫環(huán)境下，黏聚力降低，抗剪強度降低，導致了路面的流動變形。 （2） 超載和車流量對車轍的影響。 同軸載作用下瀝青混凝土層內(nèi)剪應力理論研究表明，車轍發(fā)生的主要原因之一是在車輪豎向和水平荷載作用下，瀝青混凝土層內(nèi)產(chǎn)生剪應力，致使瀝青混合料產(chǎn)生剪切變形，不可恢復變形的不斷累積形成車轍。 （3） 渠化交通及車速的影響。 高速公路渠化交通是產(chǎn)生車轍并促使其進一步加劇的一個重要因素。此外，城市道路交叉口渠化、車輛頻繁剎車起步也極易產(chǎn)生車轍。 車轍形成因素的幾個外因中，按照分析及實際調(diào)查，溫度與荷載影響最大，車速與交通渠化對車轍的影響位于其次。 1.2.2內(nèi)部因素影響 （1）結構方面。 通過計算可以得到不同厚度時瀝青混凝土面層的剪應力最大值在2～8cm范圍，而且瀝青混凝土土面層厚度越小，層間剪應力越大。 （2）原材料性質(zhì)及材料設計方面。 比如優(yōu)質(zhì)改性瀝青黏度大于普通瀝青黏度，則改性瀝青混合料的抗車轍能力明顯高于普通瀝青混合料；另外工程實踐已經(jīng)證明“S型”級配能使礦料級配接近骨架密實結構，提高瀝青混合料的高溫性能。 （3）施工質(zhì)量對車轍的影響。 較常見的情況有級配偏離目標曲線成為懸浮密實結構，重平整度輕壓實度，層間黏結差造成路面的層間滑動。 當然，車轍形成的具體原因可能是以上因素的綜合反映，只是在不同的道路上起主導作用的因素不同罷了。但長期以來，不管由于什么原因產(chǎn)生的車轍，都是銑刨掉重鋪，其實這是一種不十分妥當?shù)奶幚矸绞剑硐氲姆绞綉撌菍ΠY下藥。 2. 就地熱再生技術處理車轍工藝特點分析 所謂就地熱再生工藝，就是在現(xiàn)場對病害道路完成就地加熱、翻松、添加所需外摻材料、拌合、攤鋪、碾壓等一系列工序的工藝過程，再生機組慢速駛過之后，病害路面就被修復如新。該工藝綠色、環(huán)保，質(zhì)量好，效率高，對交通干擾少。針對車轍治理，與傳統(tǒng)方式相比，就地熱再生處理車轍具有以下優(yōu)點。 2.1可以優(yōu)化路面級配 根據(jù)道路實際級配情況，按比例添加少量的特定級配的新拌瀝青混合料，充分拌合，形成理想的級配曲線，優(yōu)化了原路面級配，提高再生混合料的抗車轍能力，延長道路使用壽命。即使針對有微表處的路面，也能進行相應地級配調(diào)整，有效地修復病害。如表1江蘇省廣靖錫澄高速公路微表處路面再生施工配合比設計合成計算，從表中可以看到添加新料都是2.36mm篩孔以上的粗骨料，合成后的級配基本符合“S型”的級配走向。 表1 優(yōu)化級配計算示例
2.2層間熱黏結 采用就地熱再生技術進行施工后，瀝青混凝土路面層間接觸為熱黏結且施工中會對元路面充分加熱后翻松，沒有松散夾層，層間界面處有骨料嵌擠，做到層間無縫黏結。特別是層間界面有粗骨料嵌擠作用，使得層間的抗剪能力大大提高（對比試驗顯示，較粘層油工藝來說，抗剪強度提高3倍以上）。層間黏結狀況見圖2。
傳統(tǒng)黏層油施工工藝 就地熱再生工藝 2.3縱向接縫為熱接縫 就地熱再生工藝縱向接縫全部為熱接縫，保證接縫不滲水，降低因水損害導致瀝青剝落等因素造成混合料強度降低的可能性；也不會造成由于地表水下滲而引起的基層松散損壞。2.4充分利用使用階段的荷載對路面的壓密作用 由于車輛荷載的作用對路面進行了二次壓密，路面車轍波谷的實際空隙率要比波峰低1%～2%，這充分說明，發(fā)生車轍的路面波谷處更密實。熱再生施工時可以減少對這部分的擾動，保證波谷處的密實度。 2.5充分利用瀝青老化后的性能變化 瀝青老化后會有一些性能的變化，比如黏度升高、軟化點升高，這些性能的變化對提高混合料的抗車轍能力都是非常有益的。 對路表老化瀝青的性能進行恢復，消除表面的裂縫，減少路表水的下滲。路面老化后會造成路表出現(xiàn)裂縫、松散等病害，對瀝青性能進行必要的恢復，可以消除路表裂縫，提高路面的路用性能，減少路表水下滲造成混合料強度降低的危害。 3. 兩種車轍處治工藝實際使用效果對比 為了檢驗就地熱再生工藝對車轍的處治效果，我們對采用不同工藝治理車轍的一些道路進行定期跟蹤觀測，特別是對一些同時采用過兩種工藝的道路進行了觀測分析 具體分析結果如下。 3.1濟南市市政道路車轍治理效果 濟南市某市政道路自2004年道路拓寬后，至今未進行大修，由于修建時施工材料、工序控制嚴格，目前路面整體情況較好，但是幾乎每個交叉口都出現(xiàn)嚴重車轍，最大處達8.5cm。見圖3。
圖3 濟南市政交叉口嚴重車轍 市政道路交叉口車流量很大，公交車輛頻繁剎車、慢速等是造成車轍的主要因素，且該市公交采用BRT公交，車輛長、載重大，在公交車道特別是交叉口前頻繁剎車、制動，對瀝青路面產(chǎn)生極大的剪切應力，從而加劇了瀝青路面車轍的產(chǎn)生。在進行整體熱再生施工前，考慮到施工部分路段車轍較大，為了保證施工質(zhì)量，熱再生時進行兩次施工，其中第一次為在波谷處填充粗粒徑混合料，是通過對路面加熱、耙松后使用RM6000將粗粒徑混合料添加至波谷處，其后進行壓實，碾壓時不需要收光，之后，再次進行全線施工，根據(jù)路面情況添加一定用量的新瀝青混合料。
圖5 紅綠燈前施工后路面情況 3.2 北京通州區(qū)某市政道路車轍治理工程
北京市通州區(qū)某市政道路于2006年建成通車，施工后隨著交通量的增加，路面出現(xiàn)車轍，公交車站附近路面及紅綠燈前路面車轍尤為嚴重，經(jīng)多次采用傳統(tǒng)工藝處理，但效果不夠理想，車轍依然復發(fā)。 3.3河南省漯平高速公路車轍治理
河南省漯平高速公路是南京—洛陽高速公路的重要組成部分，由于平頂山的煤要外運，通車僅1年在平漯方向就出現(xiàn)了嚴重的車轍，其中匝道車轍最大深度達11cm，主線車轍深度達4cm。
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