水泥穩定冷再生基層在農村公路的應用

師延強

水泥穩定冷再生基層是指在常溫狀態下,采用專用的施工機械,將原有路面按照一定的厚度進行破碎、拌和,同時添加一定比例的水泥、水或路面材料等,然后壓實、整形,形成路面基層或底基層的一種道路施工工藝。

1 水泥穩定冷再生基層的強度形成機理與設計

1.1 水泥穩定冷再生基層的強度形成機理

水泥穩定冷再生材料是由經粉碎的舊路面粒料、水泥和舊石灰土粉末等組成的復合材料。水泥水化后形成的水泥石是各種水化物、未水化顆粒、水、氣等多相復合體。水泥石表面被舊路面材料包裹,減少了水分向集料表面的遷移,水泥石中各種晶體的不斷成型,使Ca(OH)2、鈣釩石及水化硅酸鈣(C—S—H)等結晶體不斷嵌入集料表面的油膜,甚至穿透油膜在集料表面結晶,使該種復合材料產生晶體嵌入,形成連接強度。舊瀝青混凝土、舊石灰土等集料通過對周圍介質及集料之間產生吸附、化合、機械咬合、粘結、稠化、強化、結晶等作用形成該復合材料的強度。

1.2 水泥穩定冷再生基層的設計

1)首先需要對舊路進行詳細的調查,對舊路結構和歷年修補改造情況進行調查,了解舊路的表面狀況,包括變形、裂縫、邊緣破壞及路面構造等;對路段內的交通量進行調查分析;對舊路進行彎沉檢測,分析舊路的破壞狀況和承載能力;對舊路結構層進行鉆芯取樣,確定舊路瀝青混凝土層的厚度、基層厚度及各層材料的工程特性;對取樣的舊路材料充分破碎,分析其顆粒含量及路用性能。2)材料組成設計。通過研究分析得知冷再生基層的性能與混合料級配有著顯著而密切的關系。若舊料中粒料含量與混合料的強度密切相關,且顆粒含量的變化對冷再生結構層的造價具有較大影響,則必須經過試驗分析原有路面的顆粒含量,確定合適且綜合性能優良的混合料級配范圍。3)結構設計。根據交通量的調查資料,計算得出設計彎沉值對于形成基層的再生厚度宜在15 cm以上,但考慮施工拌和均勻及壓實等多方面的因素,冷再生層又不宜太厚,一般常用厚度為15 cm～20 cm;將冷再生結構層作為一個獨立的結構層;根據設計計算彎沉值。應用路面結構補強設計理論,設計路面結構中擬運算結構層的厚度;根據已經確定的各個結構層厚度及抗壓回彈模量算出結構層頂面彎沉值及層底拉應力值,并根據冷再生結構層的層位,確定其壓實度標準,作為施工控制標準。

2 水泥穩定就地冷再生基層施工技術

2.1 準備工作

1)材料要求。水泥應符合JTJ 034-2000公路路面基層施工技術規范要求。土宜采用塑性指數12～18的粘性土,土中土塊的最大尺寸不應大于37.5 mm,有機質含量小于10%,硫酸鹽含量小于0.8%,土中不得含有污染物、有機質或其他有害雜物,并要易于粉碎和拌和。2)混合料的設計。根據設計配合比和混合料的強度標準,通過試驗選取水泥、土的比例確定出混合料的最佳含水量和最大干密度,按JTJ 034-2000公路路面基層施工技術規范進行設計與試驗。3)鋪筑試驗路段。選取一段100 m～200 m的試驗路,通過試驗路獲得相應的管理數據、施工方法、機械匹配等,作為以后正式施工中控制的依據。

2.2 水泥穩定就地冷再生基層的工藝流程

1)施工前準備工作。對攤鋪和碾壓機械進行全面檢查;對基層進行全面檢查;準確的測量放線,做好標高導向控制線;在施工段兩端設施工標志及安全警示牌。

2)施工放樣。在再生施工之前,應在道路的兩側放置一系列的標樁(桿)作為基線,用來恢復道路的中心線。標樁(桿)的間距,曲線距離不應超過20 m,直線距離不應超過40 m。

3)原道路施工準備。清除原道路表面(包括不需要再生的相臨行車道和路肩)的石塊、垃圾、雜草等雜物和積水,并清理邊線;清除再生路段上存在的井蓋等類似結構物;對原路的翻漿、車轍、沉陷、波浪、坑槽等病害進行處理,使原路基本平整。

4)擺放和撒布水泥。根據計算出的每袋水泥的縱橫間距,在舊路上做好安放標記。應將水泥當日直接送到撒布路段,卸在做標記的地點,并檢查有無遺漏和多余。將水泥均勻攤開,并注意使每袋水泥的撒布面積相等。水泥撒布完后,表面應沒有空白位置,也沒有水泥過分集中的地點。

5)冷再生機銑刨與拌和:a.冷再生機推動稀漿車或水車在原路面上行進。冷再生機行進速度應根據路面損壞狀況和再生深度進行調整,一般為6 m/min～12 m/min,使得銑刨后料的級配波動范圍不大。再生機后應有人跟隨,隨時檢查再生深度、水泥含量和含水量,并配合再生機操作員進行調整。b.施工中再生深度的檢查以相鄰已經再生或原路面為標準,用鋼纖刺入土中,測量其刺入深度,檢查深度是否合格。在作業面邊緣固定導向線以幫助操作者。c.若進行多刀施工時,應時刻注意搭接的寬度,保證搭接寬度。d.再生機后宜安排4人～5人處理邊線和清理混合料中的雜質以及每刀起始位置的余料,以防止影響縱向接縫、橫向接縫、平整度和再生材料的密實性。e.帶有熨平板的再生機,應經常檢查熨平板后混合料的厚度。f.施工過程中,對混合料的級配、再生深度、水(或水泥稀漿)的噴入量有任何疑問時,應停止施工,等問題解決后再繼續施工。g.每次再生的長度以保證后續作業能正常進行為宜,應認真組織施工,使再生的長度盡可能長些,以減少橫向接縫。一次(不停機)再生的長度一般為150 m～250 m。h.每段再生結束后,應檢查銑刨轂的刀架、刀頭,發現損壞立即更換。

6)碾壓整形。根據路寬、壓路機的輪寬和輪距的不同,制訂碾壓方案,應使各部分碾壓到的次數盡量相同,路面的兩側應多壓2遍～3遍。在再生機后應緊跟一臺鋼輪振動壓路機或凸塊式振動壓路機進行初壓,采用高幅低頻進行壓實,壓實遍數應足以保證再生層底部2/3厚度范圍內的壓實度達到規定要求。鋼輪壓路機的工作速度不得超過3 km/h。

在初壓完成后,應立即用平地機整形。在直線段,平地機由兩側向路中心進行刮平;在平曲線段,平地機由內側向外側進行刮平;對于局部低洼處,應用齒耙將其表層5 cm以上耙松,并用新拌的混合料進行找平。整形時應將高處料直接刮出路外,不應形成薄層貼補現象。在整形過程中,嚴禁任何車輛通行,并保持無明顯的粗細集料離析現象。直線和不設超高的平曲線段,由路肩向路中心碾壓時,應重疊1/2輪寬,后輪必須超過兩段的接縫處,后輪壓完路面全寬時,即為一遍。一般需碾壓6遍～8遍。壓路機的碾壓速度,頭兩遍以采用1.5 km/h～1.7 km/h為宜,以后宜采用2.0 km/h～2.5 km/h。嚴禁壓路機在已完成的或正在碾壓的路段上調頭或急剎車,應保證再生層表面不受破壞。碾壓過程中,再生層的表面應始終保持濕潤,如水分蒸發過快,應及時補灑少量的水,但嚴禁大量灑水碾壓,以達到質量要求。

經過拌和、整形的水泥穩定就地冷再生層,宜在水泥初凝前并應在試驗確定的延遲時間內完成碾壓,并達到要求的密實度,同時沒有明顯的輪跡。在碾壓結束之前,用平地機再終平一次,使其縱向順適,路拱和超高符合設計要求。終平應仔細進行,必須將局部高出部分刮除并掃出路外;對于局部低洼之處,不再進行找補,可留待鋪筑瀝青面層時處理。

2.3 接縫處理

1)縱向接縫的處理。道路寬度小于7 m,縱向重疊較多時,不宜半幅施工,應考慮全幅施工,以減少重疊量,提高施工效率,一般重疊寬度為50 mm～150 mm。路面材料越厚,材料粒度越粗,重疊量越大。相鄰兩次作業間隔12 h以上時,重疊量應增加。在縱向接縫上,根據已建再生層的完成時間,改變水泥稀漿(或水)的噴入量。縱向接縫的位置應盡量避開慢行、重型車輛的輪跡。

2)橫向接縫的處理。應對所形成的橫向接縫認真處理,施工中應盡量減少停機現象。停機超過水泥初凝時間,再生機再次施工時,必須將整個再生機后退至再生過的路段1.5 m的距離,并重新撒布水泥。

2.4 養生

養生期不少于7 d,采用灑水養生法,養生期間要保持灰土表面經常濕潤。養生期內應封閉交通,除灑水車外禁止一切車輛通行。

3 結語

水泥穩定冷再生作為一種新興的施工技術,在我國公路事業飛速發展的今天將會以其獨特的施工工藝、合理的造價廣泛應用于農村公路的施工工藝中。與傳統筑路方法相比,“就地冷再生技術”可縮短工期,提高作業效率,完全利用廢舊材料,大大節省施工成本,對交通的干擾最小,具有良好的社會效益和經濟效益,對我國農村公路建設具有很重要的意義。

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