探讨式研究 落锤弯沉仪 动态锥形贯入仪 路面地震分析仪 地面贯穿雷达 泡沫沥青稳固作用 再生 担保

引言

据地区维护人员报告，在北得克萨斯州的一条4.8公里路面的路段已经常维修了多年。在2000年 3月和4月采用泡沫沥青法，对此路段进行了重建，在重建过程中再次利用现有的路面和基层，人们普 遍认为沥青基层是防水的，因此在美国US82号公路的特定路段上是需要这种防水的沥青基层的。施 工单位已做出决定采用一种担保合同，以减少施工材料或施工出现缺陷的可能性，并且防止路基的过 早损坏，因为得克萨斯州运输部是第一次应用这种泡沫沥青再生技术，根据得克萨斯州运输部的经验:道路过早损坏通常发生在使用后的头三年内。 所以合同的担保期定在三年内。得克萨斯州运输部的路面病害调查说明书将作为确定和测试病害的依 据。按照担保的详细说明，当路面病害类型和数量超出规定的门槛值时，得克萨斯州运输部或其代理 人将要进行一种探讨性研究。按照这样一种方式建立了路面病害显示标记、门槛值和补救措施，它们 应与得克萨斯州运输部的路面管理系统为标定的病害等级所采用的路面病害显示标记、门槛值和补救 措施相一致。以下的标准是这个项目的门槛值。

●路面龟裂:行车路线长度(两边行车路线的10%)

●路段开裂:车道面积的10%

●纵向开裂:每100测点(1/8到1/2宽)为100或每100测点(大于1/2宽)为20

●浅的车辙:行车路线长度(两边行车路线)的5%

●深的车辙:行车路线长度(两边行车路线)的2%

●横向开裂:每100测点有5处裂缝

当累积的永久稳固的沥青层为超出工程第三年累积的永久稳固沥青层的50%时，就不会出现车辙 和龟裂了。

同年由同一个承包商在邻近泡沫沥青工程处修建了一条用石灰稳固的路段，在相同的交通条件和 环境条件下，便建好了一条石灰稳固的路段，以便把泡沫沥青法的性能与一个较常用的路面稳固法的 性能进行比较。石灰稳固基层的厚度与泡沫沥青基层的厚度相同，均为250mm。对于美国US82号公 路工程来说，用泡沫沥青稳固基层的成本为8.99美元/码 2。在相同的公路上，离泡沫沥青稳固基层的工程约3哩处，用石灰稳固基层的成本为6.66美元/ 码2。用泡沫沥青稳固基层较高的成本部分是由于 它有3年的担保期。应用泡沫沥青再生技术的主要驱动力不是基于节省成本，而是评价新的再生技术 的活力和担保概念。

在2000年12月人们就观察到了泡沫沥青路段中的几处开裂。那时，施工单位进行了少量的落锤 弯沉仪试验。在2001年6月进行了一次年度调查，50mm深的严重的龟裂和车辙已在约120米长的一 个区域上发生了，如图1A中所示。在那些区域中路面条件超过了在保担人详细说明中所规定的病害 门槛值(2002年陈达豪等人已论述过)。按照担保合同，承包商要求进行一次探讨性研究，以确定谁应 该对此损坏承担责任。沥青混凝土路面的严重龟裂和出现深的车辙通常是与一层或多层路面的强度不 足有关。www.tmgc8.com

已知这个区域中的路基是软的，常常含有水份。当重建的新路段开始损坏时，最早的一个理论 是:路基基层不能有效地防止路基芯部向上翻时所涌出的水份。

这篇技术论文的目的是叙述对施工现场进行调查研究的过程，而这种调查研究确定了在此工程中 所观察到的路面损坏的原因。在整个4.8公里路段上，应用落锤弯沉仪、路面地震分析仪进行了试验，以评价整个路面状况，并且确定为什么有些路段遭 受了病害，而其它的路段却没有遭受病害。已经开挖了几条沟，以便在每个路面层顶部直接进行试 验。为进行综合的实验室试验，特从沥青混凝土和泡沫沥青基层取出芯部，而从路基处收集到雪尔比 (Shelby)管的试样。

路面路段和泡沫沥青稳固作用

施工单位一直应用泡沫沥青再生法来改进低质施工材料的性能，以致在路面结构中能够利用这种 材料，并充分发挥其潜能。这种泡沫沥青再生法不是新的技术，自上个世纪50年代中期以来，它一直 是在不断发展的，它已经用来修补各种不同程度的路面病害，并且恢复了路面结构的完整性。泡沫沥 青稳固法完全类似于乳化稳固法，但大大减少了沥青的凝固时间。此外，利用水泥来冻结随意流淌的 水，水泥起到一种稠化剂的作用，并减少了凝固时间。沥青在一个特殊设计的膨胀槽中生成泡沫。仔 细计量的一定量的水与空气和热沥青进行搅拌，生成了大量的泡沫，并且其粘度低于沥青成分(邱和 黄两人在2003年发表过这方面的文章;维特根冷再生说明书，1998年版)。这种方法使沥青通过再生 材料而扩散。把水喷洒到搅拌槽中，以为压实作业获得最佳的含水量。

应用一台例如卡特彼勒公司RR-250型或者RR-350型的复拌机，首先将路面路段粉碎成一种 均质的粒状材料。粉碎深度主要取决于现有路面的厚度，或主要取决于所需稳固作用的厚度。典型地 说，其深度将是250mm到300mm。通常为进行实验室试验而取出现有的基层和土壤作为试样。在稳 固阶段，这些试验将有助于确定待加的最佳泡沫沥青的量。在土壤稳固过程中，在施工现场搅拌物料， 直接在搅拌槽中完成喷洒泡沫沥青的任务。不像乳化作用，所搅拌的材料只需一天或两天便可凝固， 凝固后，可涂上最后的耐磨层。起泡沫后，便可和任何其它含水的粒状基层一样，来处置这种路面材 料。材料成形，经压实后便形成了新的基层。

对于泡沫沥青混合料来讲，很多研究人员考虑了在搅拌和压实过程中的含水量是一个最重要的搅 拌设计标准(木森在1998年论述过)。需要水份来软化和破碎集料中的团聚块，有助于搅拌中的沥青扩 散和现场压实。太多的水延长了凝固时间，降低了压实的混合料的强度和密度，并且可能减弱了集料的覆盖层的作用(木森在1998年已论述过此问题)。

对此特定工程来讲，表面层与现有的粒状基层在一起再生成一层。在修复前的原始路面是由约 150mm软基层上的114mm沥青混凝土所构成。当加入2.8%聚乙二醇、64-22沥青和1%水泥时，原 先的沥青混凝土与原先的基层便混合到一块了。采用沥青和混凝土这种比例的决策是基于路面强度标 准的要求之结果。

在建好泡沫沥青基层的层面后，在涂上50mm厚的沥青混凝土之前，应用粘性层来调制路面。路 面结构现在是由在250mm厚的泡沫沥青基层上覆盖50mm厚的沥青混凝土而成。

沟的位置

通过一层层对比未损坏区域和病害区域内的沟中的强度和闷热参数，提供了更好了解路面损坏原 因的一个机会。2001年7月已开挖了4条沟(T218、T234、T240、T260)。图2解释了在沟标记后面的 含义。T218和T234位于未损坏区域内，其表面无病害。T240和T260位于右边行车道保有深车辙和 龟裂的区域中。T240和T218的路面状况分别如图1A和1B中所示。T240的路面状况超过了担保详细说明中所规定的病害门槛值。在此车辙深度为45mm，如用直尺所测得的那样，取自行车道的基 层材料的芯部土块已经剥落了，如图1A中所示。图1B示出了T218的表面和芯部状况。在此车辙可忽 略不计，在泡沫沥青层的底部的十个破损的芯子中取出一个芯子。

图1 在(A)T240(病害区)(B)T218(未损坏区)的表面和芯部状况

图2 落锤弯沉仪和沟的位置

试验

应用动态锥形贯入仪、落锤弯沉仪、地面贯穿雷达、路面地震分析仪和手提式路面地震分析仪， 便可收集到广泛的数据。在每一个测点上也测得了
密度和含水量。也获得了芯部和未弄乱的试样，以便用于实验室测试。每次试验的目的如下:www.tmgc8.com

●动态锥形贯入仪测试强度随深度的变化(韦伯斯特等人在1992年发表过论文)。

●应用路面地震分析仪来估算路面层厚度和随深度变化的模量，以及路面整个状况(纳扎渊等人 在1999年发表过论文)。

●在拆除覆盖层后，用手提式路面地震分析仪直接测试基层劲度和路基劲度(纳扎渊等人在1999 年发表过论文)。

●落锤弯沉仪测定路面层作为一个完整系统的结构状态(乌赞和斯克尔林在1990年发表过论文， 陈达豪等人在1996年发表过论文)。

●地面贯穿雷达测试层厚度和层中间的相对含水量(斯克尔林和陈达豪在1999年发表过论文)。

落锤弯沉仪和路面地震分析仪

泡沫沥青基层路段的总长度为4.8公里，并且有100个以上的测试点。沿着整个工程，主要在除沟渠外的外侧行车道上每隔60米处进行落锤弯沉仪和路面地震分析仪的试验，在沟渠上也进行了多 次试验。靠近病害区，利用一个间距约为6米的测段。从测点244开始，沿着西行车道的病害区约为 120米长。如图1所示。在此次调查中，在测点244之后的路段被认为是已损坏的路段。为了清晰起 见，在图1中并未示出落锤弯沉仪和路面地震分析仪的所有测试位置。为了对比目的，在美国US82 号公路的用石灰稳固的路段上，也收集了落锤弯沉仪和路面地震分析仪的试验数据。在修建靠近泡沫 沥青工程的同时，修建了这条石灰稳固的路段。既然沥青混凝土面层和路基的刚度已发现是和整个工 程的刚度相一致的，那么把各个测试位置上的基层刚度直接与取自落锤弯沉仪加载板中心的弯沉值 WI进行对比，便是合理的。图3示出了用石灰稳固的路段的落锤弯沉仪的弯沉值与泡沫沥青基层路段 的落锤弯沉仪的弯沉值进行对比。其结果是用石灰稳固的基层路段的弯沉值的变量(和量值)大大低于 泡沫沥青路段的弯沉值变量。

图3 在(A)石灰稳固的路段(B)在泡沫沥青稳固的路段(C)病害路段上的落锤弯沉仪的弯沉量(每个测点=100)

一旦路段已开始开裂，在2000年12月便完成了应用落锤弯沉仪的一些初步测试工作。与该路 段其余部分相对比，在此区域中的弯沉值是低的。在2001年7月收集了落锤弯沉仪的其余数据。图 3B对比了两次现场调查所获得的落锤弯沉仪的弯沉值。

当T240和T260展示其具有较高的落锤弯沉仪的弯沉值和严重的路面病害时，而T218和T234弯 沉较少，并且无路面病害。路面地震分析仪和动态锥形贯入仪的试验结果也表明在测试位置T218上 的基层是坚硬的。在每个沟渠测试部位上，已进行了落锤弯沉仪和路面地震分析仪的6次试验。病害 区中沟渠T240和T260的弯沉值已示出比T218和T234的弯沉值高出3-4倍。人们已经发现，基层中 模量的变化大大高于路基中模量的变化。病害区中(在测点244后)基层模量大大低于路段其余部分中的基层模量。然而，路基模量与整个工程的模量相一致，如用动态锥形贯入仪和路面地震分析仪所测 定的结果一样。图4展示了未损坏地区和病害地区的基层状态的对比。在病害区中的基层土壤是松散 的，且缺乏粘性，使它不可能干净地清理掉沥青混凝土层。

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