淺談全深式就地冷再生技術在二級公路改造中的應用研究

魏至彬

（甘肅省蘭州公路管理局，甘肅　蘭州　730000）

淺談全深式就地冷再生技術在二級公路改造中的應用研究

魏至彬

（甘肅省蘭州公路管理局，甘肅蘭州730000）

本文通過對省道201線營蘭路全深式就地冷再生技術方案設計、室內配合比設計、施工現場質量控制、跟蹤觀測及后期性能分析評價等方面介紹了全深式就地冷再生技術在路面維修改造中應用研究情況。

再生技術；室內試驗；質量控制；跟蹤觀測；后期性能分析評價

1　概述

全深式就地冷再生技術是采用專用的就地冷再生機，對路面（包括基層）進行現場冷銑刨、破碎，摻入一定比例的新骨料（必要時）、再生結合料（水泥）、水，并通過碾壓等工序，一次性實現舊路面再生的技術。該技術不僅可以節約大量的筑路材料，充分利用舊路材料，恢復和提高舊路強度，還有利于縮短工期、節約能源，避免環境污染，降低工程造價。

施工流程如下：施工準備→撒布新加材料→銑刨、拌和→整平→壓實→養生及交通管制

1.1項目研究的目的及意義

瀝青路面的設計年限通常12～15年，實際上通常使用年限僅5～10年左右，瀝青路面就需要大中修維修一次。因此，如何處置每年數千萬噸瀝青路面廢料成為必須要面對和解決的問題。同時重新鋪筑瀝青路面所需的大量瀝青和石料也將是我們面臨巨大的資源壓力。采用瀝青路面再生技術，重復利用舊瀝青路面材料，是從根本上解決該問題的有效途徑。

1.2國內瀝青路面再生技術應用現狀

在我國80年代中期，蘇州、南京、武漢、天津四城率先對舊瀝青路面再生利用技術進行研究試驗和推廣工作，并取得了可喜的成果。云南省亦在1983-1988年進行了一些再生瀝青路面試驗研究。這些工作為我國舊瀝青路面再生利用提供了寶貴經驗，如1992年同濟大學在淮阜路采用陽離子乳化瀝青進行冷法再生瀝青路面試驗。1997年江蘇淮陰市公路處用乳化瀝青冷法再生舊料后鋪筑路面，取得了一定效果。

在2007年全國交通工作會議上，交通部部長李盛霖提出：交通發展面臨的資源和環境形勢日趨嚴峻，繼續沿用傳統的增長方式推進交通發展難以為繼，必須堅決走出一條資源節約和環境友好的交通發展之路。要大力發展交通循環經濟，推進工業廢料綜合利用、再生資源回收利用，擴大廢棄路面材料的回收利用，研發推廣能源替代、材料再生等新技術……由此可見，加強研究推廣路面再生應用技術，是我國今后公路建設事業中一項十分重要的任務。

按照瀝青路面的設計壽命，每10年左右翻修一次，以路面平均寬度22m、翻修厚度10cm計算，10.45萬km的高速公路網平均每年將產生接近5000萬t的舊混合料，如能加以利用，每年可節省材料費約100億人民幣。否則這些為數巨大的瀝青混凝土只能白白的廢棄掉，不僅浪費了資源，也會對環境造成嚴重的污染。因此，我們必須大力推廣瀝青路面再生應用技術，促進舊路面材料的循環利用。瀝青路面再生技術的研究、推廣和相關專用設備的開發，對降低建設成本、保護生態環境以及對我們國家的公路建設都有極大的意義。

目前，我國瀝青路面再生技術主要有：廠拌熱再生、就地熱再生、廠拌冷再生、就地冷再生，本文主要介紹全深式就地冷再生技術。

1.3全深式就地冷再生技術在蘭州局應用

蘭州公路管理局管養354.026km的高速公路，管養876.834km普通國省干線公路。面對10多年未維修改造的國省干線公路，加之經過多年的運營使用，隨著交通量及重載車輛的不斷增加，大部分路面裂縫、破損、車轍、龜網裂嚴重，已到了亟需進行大中修工程階段。然而對于經濟欠發達甘肅地區，大量的維修改造工程資金壓力非常大，資源匱乏嚴重，同時傳統的維修改造方法產生廢舊料對環境污染嚴重，不能達到舊路面材料的可循環利用，不能滿足我國資源可持續發展的要求。面對資金、環境保護、舊路面材料的循環利用等問題，瀝青路面再生技術應用研究，成為蘭州局今后面臨的一項重要的工作任務。

2014年蘭州局在S201線馬黃段、營蘭路進行全深式就地冷再生應用研究10.42km，2015年分別在G312線雞清段、G312線清和段、G109線河海段、G109線蘭包段、S309線甘黃路、G312線河屯路、省道101線馬榆段大面積成功應用129.72km，尤其在G312線雞清項目改造中大規模實施全深式冷再生，全深式就地冷再生底基層全長約75km，為本省今后在二級公路路面維修改造中大面積應用奠定了堅實的基礎。

2　全深式就地冷再生在G312　線雞清路的應用研究

2.1全深式就地冷再生路段簡介

G312線項目路線長92.55km，其中主線長90.3km，十八里鋪至定西安定區連接線長2.21km，就地冷再生底基層全長約75km。根據施工圖設計全深式就地冷再生路段路面結構形式為20cm厚全深式就地冷再生底基層+20cm水泥穩定碎石基層+5cm厚AC-16瀝青混凝土+3cm厚AC-13細粒式瀝青混凝土。全深式就地冷再生在我局2015年G312線雞清項目改造中大規模實施，全深式就地冷再生鋪筑面積889090m2，全深式冷再生一般作為路面底基層，厚度一般采取20cm，考慮到通車要求，采取半幅施工。

2.2原路面調查

2.2.1交通量分析

該路段車流量相對較大，年平均日交通量為3300輛/d（5100pcu/d）；接近《公路工程技術標準》（JTGB01-2003）對二級公路的適應交通量（5000～15000輛）要求的下限。

2.2.2原路面調查情況

通過對G312雞清路原路面平整度、破損率、路面彎沉、鉆芯取樣等檢測分析，該項目路面結構強度整體較差，縱橫縫、龜網裂全線分布，路面行駛質量及路面承載能力較低。對于病害路段鉆芯取樣，由于基層強度不足，無法取出完整芯樣；部分路段面層芯樣完整，龜網裂嚴重路段芯樣松散。根據彎沉檢測結果，路面結構強度隨著路面破損狀況下降而逐步衰減，彎沉變化大，多數路段為50～80（0.01），路面承載能力相對偏弱，使用性能較差。

3　全深式就地冷再生室內試驗

3.1取代表性樣品

通常采取挖探坑的形式確定取樣段落，確保樣品具有代表性。探坑斷面應齊平，根據探坑斷面判斷，如原路面材料級配波動范圍小于10%，則每隔1～3km取樣進行配合比設計；如波動范圍在10%～20%，則在級配變化的兩段范圍內均取樣，然后將樣品混合進行配合比設計，如波動范圍大于20%，則每段分別取樣進行配合比設計。

取樣過程中對于原路面的銑刨方式優先采用冷再生機，其次可選擇銑刨機和人工取樣，通常不建議采用山貓銑刨機進行銑刨取樣。取樣按照銑刨機行走速度分別為4～5m/min、5～6m/min、6～7m/min三個段落各10m進行，銑刨深度為設計深度。每個段落舍棄兩頭樣品，取中間3m全深范圍內樣品。

3.2配合比設計

在進行配合比設計時，對于所取RAP銑刨料，首先檢測級配、含水量和塑性指數三個指標，確定添加新料規格及數量。RAP料的塑形指數不應超過10。塑形指數大于10的RAP料應采用石灰進行穩定，或用水泥和石灰綜合穩定。

S201線營蘭路K110+800-K116+220段全深式就地冷再生原材料檢驗結果如下。

3.2.1水泥

路面底基層冷再生配合比設計中，采用寧夏勝金水泥廠生產的水泥，標號P.O42.5級。

3.2.2銑刨料

冷再生底基層配合比設計中，銑刨料來自G312線雞清路路面銑刨舊料。

3.2.3擊實試驗

根據初步選定的合成級配，依據JTGE51-2009《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》進行擊實試驗，試驗中采用振動成型的方法成型試件，試驗過程中已剔除37.5以上的銑刨料。

本次試驗根據以往冷再生配合比經驗，水泥劑量擬采用2.0%、3.2%、4.0%、5.0%及6.0%共5組，摻量按照外摻法計算，確定5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%共5組含水率進行每種水泥劑量的擊實試驗。

3.2.4無側限抗壓強度

依據《公路瀝青路面再生技術規范》（JTG F41-2008）二級公路水泥穩定類再生底基層設計強度要求不小于1.5～2.0MPa，結合G312線雞清路實際情況與設計經驗，取2.0MPa。試驗中無側限抗壓強度滿足要求的水泥劑量為4.0%。

試驗結論：結合《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）的相關要求，取7d無側限抗壓強度設計強度Rd取值范圍為2.0MPa，對應試驗中滿足無側限抗壓強度的水泥劑量4.0%，最大干密度為2.131g/cm3，最佳含水量為7.6%，壓實度≥97%。考慮到室內試驗時原材料、試件成型方法與施工現場采用路拌法施工變異性，路拌法實際采用的水泥劑量應比室內試驗確定的劑量多1%，最后確定施工水泥劑量為5.0%。

4　全深式就地冷再生施工現場質量控制

4.1設備準備

整個施工過程中配套的機械設備見表1。

表1　機械設備配置表

在G312雞清路全深式冷再生底基層施工過程中，撒布水泥采取水車+水泥漿車+再生機，具體的施工過程如下：

4.2再生前對原路面清理及預處理

清理原道路表面垃圾、雜物等，并對嚴重路面沉陷進行找平，彎沉異常部位（軟基路段）提前進行換填處理。

4.3施工現場布置

每100延米為一個半幅施工單元，依次倒段接續施工，從路面邊緣向路中心線方向施工。越過路中心線30cm寬度，作為道路另外半幅施工重疊寬度。半幅施工采用三幅進行施工，每幅重疊10cm寬度。

4.4摻加水泥

直接將水泥與水分別注入水泥漿車中的水泥罐與蓄水罐。根據確定的最大干密度以及水泥劑量設定參數，將水泥漿車與再生機連接即可。再生機先進行銑刨，水泥漿車根據設定的參數進行制漿，通過管道泵入再生機，在再生機內部噴嘴口直接對銑刨料進行噴灑拌合。

半幅路面寬6.0m，200m理論撒布量為25.8t水泥（水泥劑量5.0%），實際水泥漿車中共注入水泥26.0t，撒布量與理論計算一致。現場取樣做水泥滴定試驗結果符合5%水泥摻量要求。再生機行進速度4～6m/min，每天能完成工作量600m。

水泥漿按水灰比1.5配比直接由電腦控制，配比計量準確，撒布均勻，施工現場環保、整潔，人員使用較少。

4.5銑刨拌合

G312線雞清路全深式就地冷再生采用維特根WR2500S型冷再生機，最大銑刨寬度2438mm，最大銑刨深度500mm，發動機功率500kw。施工過程中，配備2輛15t灑水車，冷再生路段設專人進行質量控制，隨時檢查再生深度、水泥含量和含水量。如再生深度超過設計深度±1cm，應查明原因后再繼續施工。再生深度的檢查以相鄰已經再生或原路面為標準，用鋼釬刺入土中，測量其刺入深度，看其深度是否合適。檢測位置一般以再生機每次下刀的兩側為準，每隔30～50m檢測一次。再生機拌合后應及時取樣，做EDTA滴定試驗，快速（10min內）測定水泥劑量及混合料的均勻性，以確保及時準確地對水泥劑量進行控制。含水量的檢測位置一般在再生機第二刀的中間位置進行取樣，含水量可控制在最佳含水量的-0.5%～-1.0%，如超出此范圍，應配合再生機操作員進行調整。

4.6整形壓實

初壓：26T羊角碾往采用靜壓，返采用強振，碾壓速度2.5km/h，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，一般為往返強振5～6遍。每次碾壓從施工段起點開始，至再生機邊緣止，碾壓寬度應超過該幅再生寬度。

在完成一個作業段（即120～150m）的再生和初壓后，立即用平地機進行整平，用以調整橫坡（超高或橫坡）。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。必要時，再返回刮一遍。整形前，如再生材料表面水分散失嚴重，可先灑水后再用平地機進行整平。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。

復壓：26t單鋼輪壓路機弱振4遍、強振2遍，碾壓速度為2km/h；直線段和不設超高的平曲線段，由路肩向路中心碾壓，每次重疊1/3輪寬，壓完路面全寬時即為一遍。

終壓：27t膠輪壓路機碾壓8～10遍，至表面無輪跡為止，必要時可補水碾壓。

4.7接縫處理

縱向接縫：道路寬度11.4m，最小重疊寬度為100mm，一般控制在100～300mm，重疊量按照路面材料越厚、材料粒徑越粗。在縱向接縫上，應根據已建再生層的完成時間，改變水的噴入量。縱向接縫的位置應盡量避開慢行、重型車輛的輪跡位置。

橫向接縫：只要再生機停機，不論停機時間的長短，均按照橫向接縫進行處理，因此要盡量減少停機次數。應嚴格檢查機械，特別是水管排氣，氣體必須在到達噴灑桿前排除，并注意檢查水的噴入量，避免在橫向接縫處的過量和不足。在停機處，再生機在此施工時，必須將整個再生機后退至再生過的路段1.5m的距離。再生機開始工作時，操作員應盡快加速到正常的行進速度，禁止再生機以小于2m/min的速度進行施工，如原路面強度過高導致再生機速度無法保證時，要采用預銑刨的方式進行處理。

4.8交通管制及養生

S201線營蘭路全深式就地冷再生養生采用透水土工布，養生期不得小于7d，整個養生期內再生層表面保持潮濕狀態，養生期內封閉交通，同時設置醒目警示標志，安排專人進行交通疏導，嚴禁車輛碾壓。養生期結束后，應及時將再生層表面清掃干凈。

4.9試驗檢測情況

4.9.1施工現場質量檢測情況

施工中經檢測平均厚度25.5cm，測定水泥劑量4.9%，測定的壓實度為98.6%，含水率7.5%，滿足設計及規范要求。

4.9.2路面芯樣檢測

G312線雞清路全深式就地冷再生試驗段經養生7d后鉆芯，芯樣完整，厚度分別為23cm、23cm，滿足設計及規范要求。

4.9.3無側限抗壓強度

現場從冷再生機拌合后的路段上選取有代表性的混合料進行了無側限強度試驗，依據《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）中表3.3.1規定，試驗結果符合《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034—2000）中對二級和二級以下公路路面底基層用水泥穩定砂礫所要求的無側限抗壓強度標準值，滿足以下強度要求：Rc=2.5MPa≥2.0/（1-1.282× 0.084）=2.2MPa。代表值為：2.2MPa，滿足設計及規范要求。

5　經濟效益分析

5.1全深式就地冷再生環保效益

在瀝青路面改造中，若繼續采用傳統方式，挖除舊油皮需要新的堆放地點，即要占用土地，而且在堆放過程中受自然環境影響，會對周邊土體植被等環境產生較大污染；開采新的天然砂礫，同樣破壞周圍環境，導致水土流失。全深式就地冷再生技術則避免了上述缺點，具有資源節約、能源節約和環境保護意義。

5.2全深式就地冷再生經濟效益

就地冷再生技術能夠節約大量的砂石材料，節省工程投資。若按傳統的施工方法，按本項目預算計算每平方米需61.34元；而全深式就地冷再生每5.3節能減排效果和社會效益

平方米需35.38元，差額為每25.96元/m2，本項目可共計節約資金2308萬元，能夠帶來較為可觀的經濟效益。全深式就地冷再生在施工周期中相較傳統工藝，減少了挖除舊油皮、挖除舊路面基層，重新鋪筑底基層的施工時間，有效縮短施工周期。

經測算，本項目年耗總能量244t標準煤，而不采用全深式就地冷再生技術，本項目年耗總能量約424t標準煤，相對年耗總能量減少180t標準煤。

隨著我省公路事業的發展，部分道路已達到了設計年限，在路面的養護和改造過程中將會產生大量的廢舊瀝青混合料，如何處置每年數千萬噸瀝青路面廢料，是我們必須面對的問題。瀝青路面再生技術很好地解決了這個問題，深受建設單位的青睞，而且也減少了砂石材料的開采，節約了大量的資源，解決了廢舊料的污染問題，同時也維持了原路面的結構和標高，且沒有降低道路標準，再生技術能獲得明顯的社會效益。

6　結語

S201線營蘭路K110+800-K116+220段全深式就地冷再生技術應用研究，施工中各項技術指標滿足設計及規范要求，通過后期跟蹤觀測及效益分析評價，表明該項技術切實可行，且經濟效益、社會效益、環境效益明顯。全深式就地冷再生技術應用解決了目前省內筑路材料匱乏、養護維修資金短缺困境，S201線營蘭路全深式就地冷再生技術成功應用，也為蘭州局2015年及今后路面維修改造中大面積應用該項技術奠定了實踐基礎。

［1］《公路瀝青路面再生技術規范》（JTGF41-2008）［S］.

［2］《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034-2000）［S］.

［3］《公路工程技術標準》（JTGB01-2003）［S］.

［4］《公路工程質量檢驗評定標準》（JTGF20/1-2004）［S］.

［5］《公路路面基層施工技術規范》（JTJ034—2000）［S］.

F540.3