近年来，沥青路面再生技术在我国得到大范围推广，尤其是乳化沥青冷再生技术已经广泛应用于高速公路沥青路面的结构性维修工程。作为一种新型的路面材料与结构，乳化沥青冷再生路面的性能衰变规律尚不清晰，结构设计指标和设计方法尚不明确，结构耐久性还存在一定争议^{[1, 2]}。为掌握乳化沥青冷再生路面技术状况衰变规律，给冷再生路面结构设计提供依据。

1 研究对象

选择我国南方某高速公路路面维修工程中137 km(单幅，双车道)的乳化沥青厂拌冷再生路段作为研究对象。其基本情况是：国家干线公路网规划高速公路的重要组成部分，地处我国南方湿热地区，双向4车道，设计行车速度100 km/h。原路面结构为4 cmAC-16上面层+6 cmAC-25下面层+22 cm二灰碎石基层+30 cm～33 cm级配碎石底基层，养护期内曾两次加铺4 cmAC-13。通车运营10 a，在承受了远超设计累计当量轴载作用后，路面损坏日趋严重，网裂、水损害、车辙病害频发，基层水损害严重和承载力不足，维修前的路面结构强度指数 SSI 平均不足 0.36，路面质量指数 PQI为46，按照交通运输部标准^[3]综合评价为次的路段占据了整个路段的94%。近8年来该高速公路日均自然交通量始终保持在2×10⁴ veh以上，重车比例超过35%，交通等级为特重交通^[4]。

为提升路面服务功能，采用如下的冷再生技术方案对原路面进行技术改造：将沥青层全部铣刨；将半刚性基层进行局部病害处治；将铣刨的沥青混凝土使用乳化沥青进行厂拌冷再生后铺回；冷再生层上铺设沥青面层。冷再生改造后的路面结构为：16 cm 热拌沥青混凝土面层(4 cmAC-13，6 cmAC-20，6 cmAC-20)+12 cm乳化沥青厂拌冷再生+局部补强的原路面基层+原路面底基层，见图 1。冷再生施工后至今，路面未进行过大中修养护，完整地保持了乳化沥青冷再生路面的原始结构状况。

图 1 乳化沥青冷再生路面结构示意图 Fig. 1 Emulsified asphalt cold recycled pavement structure

图选项

将研究对象137 km(单幅，双车道)乳化沥青冷再生路面按5 km长度划分成28个分析单元，以冷再生维修工程完工作为运营时间起点，对路面进行了63个月的PCI,RQI,RDI的跟踪观测。收集高速公路各收费站统计的各路段区间的客货分型交通量，按照孙立军教授等提出的方法^[5]折算成累计当量轴次。分析PCI,RQI,RDI这3项路表技术指标随运营时间延长和累计交通量增加的变化特征，研究冷再生路面结构的性能衰变规律。

3 路面技术状况指标分析 3.1 PCI指标

交通运输部标准^[3]采用PCI指标反映路面破损情况，将沥青路面裂缝、坑槽、拥包、沉陷等11类21项损坏折合成损坏面积，计算路面破损率后按式(1)计算得到：

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根据路表各类破损情况，按照计算PCI指标，得到的乳化沥青冷再生路面PCI指标衰变规律见图 2和表 1，可以看出：

图 2 PCI指标随累计轴载的衰变 Fig. 2 PCI varying with accumulated equivalent axle load

图选项

(1)经过63个月的运营、承受了3 271×10⁴次的累计当量轴载作用后，冷再生路面PCI均值为92.3，仍处在优的等级范围内，检验了乳化沥青冷再生路面卓越的耐久性。这说明，冷再生路面结构受力状况良好，使其能够承受更高的交通荷载作用而不出现损坏。

尽管PCI指标仅能反映路面表层破损状况，不能一一对应地反映冷再生层病害，但考虑到乳化沥青冷再生路面破损以Top-Down裂缝为主，因此采用PCI指标表征冷再生层的破损是偏于安全的。

(2)PCI在最初的787×10⁴轴次、787×10⁴~2 394×10⁴轴次、2 394×10⁴~3 271×10⁴轴次范围内，每100×10⁴当量轴次作用下PCI均值衰变量分别为0.247，0.137，0.399，PCI衰变规律呈明显的快-慢-快三阶段特征。当然，路面表层破损增多(PCI降低)尚不能说明包括冷再生层在内的面层以下各层位的破损也随之增加。

(3)随着时间的延长，不同路段PCI极差由0逐步扩大到13.79，变异系数由0逐步增大至4.51%，不同路段PCI的差异越来越大。分析认为，原路面技术状况不同、施工变异性等因素的存在是造成冷再生路面不同路段破损状况存在差异的主要原因，而这种差异随着使用期的延长变得越来越明显。

(4)路况调查发现，乳化沥青冷再生路面的病害以分布在部分上坡路段轮迹带上的纵向裂缝为主，横向裂缝、唧浆、坑槽等病害很少。进一步调查发现，纵向裂缝病害几乎全部是从上而下发展的Top-Down裂缝，病害影响深度一般仅局限在表面层。这符合厚沥青层路面的破坏特征，成因可主要归结为纵向剪切疲劳开裂。运营中则只需要对表面层进行养护，一般无需结构性维修。从这个角度讲，乳化沥青冷再生路面符合永久性路面结构的基本特点^{[6, 7, 8, 9, 10]}。 3.2 RQI指标

路面平整度不仅直接关系到行车舒适性，而且可间接反映出路面病害程度及整体技术状况水平，是反映路面耐久性和进行养护决策时需着重考虑的技术参数。交通运输部标准^[3]采用RQI指标反映路面平整度水平，由国际平整度指数IRI通过式(2)计算得到：

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使用激光断面仪检测国际平整度指数iri，然后计算rqi，得到的乳化沥青冷再生路面rqi指标衰变规律见图 3和表 2。可以看出：

图 3 RQI指标随累计轴载的变化规律 Fig. 3 RQI varying with accumulated equivalent axle load

图选项

(1)经历了63个月的运营，经受了3 271×10⁴次的累计当量轴载后，冷再生路面RQI均值为94.02，仍处在优的等级，检验了乳化沥青冷再生路面卓越的服务水平及耐久性。

(2)RQI在最初的276×10⁴轴次、276×10⁴~787×10⁴轴次、787×10⁴~1 394×10⁴轴次、1 394×10⁴~2 394×10⁴轴次、2 394×10⁴~3 271×10⁴轴次范围内，每100×10⁴当量轴次作用下RQI均值衰变量分别为1.809,-0.014,0.190,-0.010,-0.096，RQI衰变规律呈明显的快-慢-平三阶段特征。RQI指标在后两个阶段甚至出现了不降反增的情况，分析认为主要是由于检测IRI指标的激光断面仪本身存在5%左右的系统误差^[9]，再加上检测设备型号不同、检测断面的具体位置也不可能完全相同的原因，数据是可信的，同时也从另一方面反映出在1 000×10⁴ 次标准轴载之后冷再生路面平整度可以长期保持在一定水平而不再明显衰减的特征。

(3)随着时间的延长，不同路段RQI极差由0逐步扩大到3.39，变异系数由0逐步增大至1%左右。同样说明由于原路面技术状况不同、施工变异性等因素的存在，造成冷再生路面不同路段破损状况出现差异，而且这种差异随着使用期的延长逐步显现出来。

3.3 RDI指标

车辙是我国高速公路沥青路面的主要病害形式之一。车辙的大量出现不仅会影响沥青路面的使用性能，降低路面的使用寿命，还对行车安全构成威胁。交通运输部标准^[3]采用路面车辙深度指数指标反映路面车辙病害程度，根据路面车辙深度RD通过式(3)计算得到:

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使用激光断面仪检测路面车辙深度，然后计算RDI，得到的乳化沥青冷再生路面RDI指标衰变规律见图 4和表 3。

图 4 RDI指标随累计轴载的变化规律 Fig. 4 RDI varying with accumulated equivalent axle load

图选项

从图 4、表 3中可以看出：

(1)经历了63个月的运营，经受了3 271×10⁴次的累计当量轴载后，冷再生路面RDI均值为85.66， 仍处在良的等级范围内，折算成车辙深度仅为7 mm，检验了乳化沥青冷再生路面结构卓越的抗车辙能力。

(2)RDI在最初的276×10⁴轴次、276×10⁴~787×10⁴轴次、787×10⁴~1 394×10⁴轴次、1 394×10⁴~2 394×10⁴轴次、2 394×10⁴~3 271×10⁴轴次范围内，每100×10⁴当量轴次作用下RDI均值衰变量分别为2.546,0.775,0.934,-0.067,-0.189，RDI衰变规律呈明显的快-慢-平三阶段特征。RDI指标在后两个阶段甚至出现了不降反增的情况，分析认为主要是由于检测RDI指标的激光断面仪本身允许存在5%以内的系统误差^[11]，再加上检测设备型号不同、检测断面的具体位置也不可能完全相同的原因，数据是可信的，同时也从另一方面反映出在1 500×10⁴次标准轴载之后冷再生路面平整度可以长期保持在一定水平而不再明显衰减的特征。

(3)随着时间的延长，不同路段RDI的变异系数由0逐步增大至4%以上，同样说明由于原路面技术状况不同、施工变异性等因素的存在，冷再生路面不同路段的性能差异随着使用期的延长逐步显现出来。

4 乳化沥青冷再生路面使用性能衰变模型

对路面性能衰变规律的研究始于20世纪50年代的AASHO试验路，自此很多国家都研究建立了各自的路面性能衰变模型。孙立军教授等^{[5, 12]}参考国内外已有的大量路面使用性能研究成果，提出了如式(4)所示的路面使用性能衰变方程：

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为检验乳化沥青冷再生路面使用性能是否符合式(4)的规律，对其PCI，RQI，RDI进行回归分析。为便于数据处理，将式(4)变形为如式(5)所示的乘幂函数:

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回归得到的α，β及R²，见表 4。

可以看出：

(1)PCI，RQI，RDI回归分析的R²分别为0.992 1，0.935 1，0.982 5，说明乳化沥青冷再生路面技术状况指标衰变规律完全符合式(1)所示的通用方程。

(2)按照PCI，RQI，RDI回归得到的反映路面使用寿命的寿命因子α分别为205，123 a和18 a，显著高于常规的路面结构。从这个角度讲，乳化沥青冷再生路面符合永久性路面结构的特征。

5 乳化沥青冷再生路面结构的前景

沥青路面结构的发展趋势之一是进一步提升路面耐久性。为此，国外提出了长寿命路面或者永久性路面的设计理念，其中的一个重要思路就是采用较厚的沥青层，避免路面结构出现由下到上的疲劳开裂和结构性的车辙，使路面损坏局限在路面顶部(25～100 mm)，只需定期的表面铣刨、罩面修复，而无需结构性重建。

本文讨论的乳化沥青冷再生路面，沥青层厚度达到28 cm(16 cm热拌沥青混凝土和12 cm乳化沥青冷再生混合料)，符合长寿命路面的设计理念；在经受了3 000多万次标准轴载作用后，路面并没有发生自下而上的疲劳开裂以及结构性车辙，使用性能优良，符合长寿面路面的性能基本特征。目前我国高速公路路面大中修工程中应用冷再生的规模已经超过1 000 km，其典型路面结构与本文研究对象所采用的路面结构基本一致，即在原路面半刚性基层上设置厚度不低于12 cm的冷再生层和不低于10 cm的沥青面层，构成了强基厚面的路面结构形式。可以断言，只要施工质量可靠、下承层病害处理到位、附属排水设施等工作正常，乳化沥青冷再生路面是长寿面路面结构的一种选择。

6 结论

(1)乳化沥青冷再生路面技术状况指标衰变规律可以采用路面性能衰变通用方程描述，但性能指标衰减速度显著慢于常规路面结构。路面病害以从上而下发展的Top-Down裂缝为主，病害影响深度一般仅局限在表面层。运营中则只需要对表面层进行养护，一般无需结构性维修。因此，乳化沥青冷再生路面符合永久性路面特征。

(2)经历了63个月的运营，3 271×10⁴次的累计当量轴载后，冷再生路面PCI，RQI仍处在优的等级范围内，RDI指标仍处为良，说明了乳化沥青冷再生路面卓越的服务水平及耐久性。

(3)PCI衰变规律呈明显的快-慢-快三阶段特征，而RQI和RDI衰变规律呈明显的快-慢-平三阶段特征。乳化沥青冷再生路面寿命初期性能的较快衰减，反映出施工质量尚有进一步提升的空间，且有必要及时进行预防性养护。在PCI进入第三阶段衰变后，宜及时进行铣刨罩面处理。

(4)作为一种主要用于路面大中修和改扩建的结构形式，乳化沥青冷再生路面的技术状况受到原有路面技术状况、施工变异性等因素的影响，而且这种影响随着使用期的延长变得越来越明显。