路面基層水泥就地冷再生施工關鍵技術

蔡葉瀾

路面基層水泥就地冷再生施工關鍵技術

蔡葉瀾

(福州市規劃設計研究院 福建福州 350000)

水泥就地冷再生混合料的各項指標均滿足規范要求，具有良好的路用性能，可以作為快速路瀝青路面的基層使用。與傳統工藝相比，其節約造價、工期、資源等，具有良好的社會效益和經濟效益。但不同地區、不同等級道路的就地冷再生工藝差異，則將影響路面基層的施工質量。基此，文章依托福州市西三環路大修工程，通過室內試驗與現場試驗路方法，討論了水泥就地冷再生混合料的配合比設計流程、施工工藝及質量控制等關鍵技術。

路面基層;水泥就地冷再生;配合比;施工工藝

0 引言

傳統路面大修方法是將舊路結構層挖除后新建新的路面結構。這種方法施工工藝簡單，適用于各種道路，尤其是適用于舊路狀況較差的路段。但該方法造價高、廢棄料多、社會影響大。

水泥就地冷再生技術是一次性地實現舊瀝青路面基層再生的一項技術，其所有施工工序均在現場連續完成。該技術的施工工藝為：采用專門的冷再生設備將部分厚度的瀝青面層和一定深度的基層進行銑刨和破碎，必要時摻加一定比例的新集料，然后按照材料配合比設計加入水泥和水，在常溫下進行拌合、攤鋪、碾壓、養護等工序成型。與傳統的路面基層施工工藝相比，該技術具有施工工序簡便、工期短、節約資源、節約造價、對舊路擾動小等優點[1]。

研究表明，水泥就地冷再生具有良好的路用性能，能滿足公路基層設計要求，但由于其性能隨舊銑刨料的變化而變化，不同地區、不同等級道路的就地冷再生施工工藝具有很大的差異，直接影響到路面基層的施工質量。

因此，需要重點開展施工工藝方面的研究。以福州市西三環路大修工程(洪灣路～灣邊大橋)項目為背景，對水泥就地冷再生技術在市政道路瀝青路面大修工程的配合比設計流程、施工工藝及質量控制等施工關鍵性問題進行研究和討論，以期為市政道路大中修工程的運用提供技術支持。

1 研究進展

目前針對水泥就地冷再生基層的強度形成機理、混合料路用性能、施工工藝、質量控制等方面的研究取得了一定的成果。

鄒寶恩等人[2]通過室內試驗研究不同水泥劑量下冷再生混合料的力學性能。試驗表明，混合料無側限抗壓強度與劈裂強度隨著水泥劑量增加而增加，并建議現場施工水泥劑量采用4.5%。

吳文飛等人[3]通過SEM微觀測試技術研究全深式冷再生基層材料微觀形貌圖。研究發現，舊瀝青面層混合料中瀝青含量直接影響再生基層強度，建議冷再生混合料中瀝青面層舊料比例不宜過高。

曹林濤等人[4]基于多地區就地冷再生實踐經驗，總結了冷再生的施工問題及對策，強調簡化工藝是導致多個施工問題的主要原因。

劉明輝、高光彬[5-6]提出應通過現場試驗段確定合理的作業段長度，建議施工長度不宜過長，避免出現碾壓超過水泥初凝時間、水分蒸發過快、含水量降低等問題，導致壓實度效果不好。

李富強[7]提出考慮到再生混合料的變異性大，建議以試驗段確定的最大干密度作為控制基準，并提高現場壓實度標準不低于97%。

綜上可知，舊基層銑刨料特性、室內配合比設計等方面是否能較好地與現場施工匹配，將很大程度上影響水泥就地冷再生基層的施工質量。同時對于混合料施工工藝各個步驟的重點把握將是再生基層施工的成敗關鍵。

與此同時，目前對于水泥就地冷再生基層的質量控制驗收指標仍停留在彎沉、壓實度等常規指標上，因此本文也將對此方面進行相應探討。

2 室內試驗

2.1 工程概況

福州市西三環路的原設計路面結構為4cmAC-13+5cmAC-16+7cmAC-25+32cm5%水泥穩定碎石+20cm級配碎石，經過多年的使用，路面出現嚴重的病害，經過詳細的彎沉檢測、路面取芯、沉降觀測、交通量等調查，對大修路段采用4cmSMA+5cmAC-20+7cmAC-25+8cmATB-25+25cm水泥就地冷再生基層+舊10cm水穩底基層+舊20cm墊層的大修結構。

2.2 銑刨料分析

2.2.1 銑刨料級配

根據新設計路面結構，銑刨舊瀝青面層后，對舊水泥穩定碎石基層材料進行取樣，為更好地接近現場再生料的特性，本次銑刨設備采用維特根WR250冷再生機，銑刨寬度2.45m，設定再生銑刨厚度20cm，再生機行進速度6m/min～8m/min，各取中部和邊部樣品10kg。對基層銑刨料進行篩分試驗，級配曲線如圖1所示。

由圖1可以看出，現場舊基層銑刨料級配不滿足《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41—2008)[8]規定的級配曲線范圍，需通過添加新集料進行級配調整；本銑刨料偏細且中間檔料偏少，即0mm～4.75mm細集料偏多，4.75mm～31.5mm粗集料偏少，因此須通過添加粗集料來調整級配。

圖1 舊基層銑刨料級配曲線圖

2.2.2 銑刨料含水率

銑刨料的含水率對現場再生混合料水的添加量影響很大。不同位置銑刨料的含水率存在一定差異，本試驗段舊銑刨料含水率為6.15%，屬于高含水率，參照以往再生基層配比經驗，已接近最佳含水量。因此在施工過程中應定期檢測銑刨料的現場含水率，及時調整生產配合比的含水量，避免因含水量過大，導致基層碾壓出現“彈簧”現象，從而保證施工過程中含水率的穩定性。

2.3 配合比設計

水泥就地冷再生混合料配合比設計流程如圖2所示。

圖2 配合比設計流程圖

根據圖2配合比設計流程，結合圖1銑刨料級配分析，現場銑刨料級配不滿足規范要求，需通過添加新集料進行級配調整以滿足規范要求，通過添加新集料進行試配試驗，最終得到配比如表1所示。

表1 再生混合料新舊料摻配表 %

基于試配試驗，并考慮到施工可行性，可采用5mm～25mm檔(桶料)粗集料對舊料進行級配改善，配比量為：銑刨料:新集料=75∶25，即舊料再生摻配率為75%。調整后的配合比均滿足《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41—2008)[8]規定的級配曲線范圍。

2.4 最佳含水量確定

采用重型擊實試驗，針對以上新舊料配比及5個水泥劑量(3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%)的混合料進行“含水量—干密度”曲線研究，確定最佳含水量與最大干密度，試驗結果如表2所示。

表2 再生混合料最佳含水量與最大干密度

由表2可以看出，基于重型擊實試驗，測得不同水泥劑量下再生混合料的最佳含水量與最大干密度差異不大，最佳含水量約為5.8%左右，最大干密度約為2.18g/cm3左右。

2.5 最佳水泥劑量確定

基于以上試驗結果，在最佳含水量下按壓實度98%以上靜壓成型再生混合料試件，然后測定其7d無側限抗壓強度，7d無側限抗壓強度值Rc0.95試驗結果如表3所示。

表3 再生混合料7d無側限抗壓強度R試驗結果

由表3可以看出，再生混合料7d無側限抗壓強度隨著水泥劑量的增大而增大。該項目為快速路，參考《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41—2008)[8]對高速公路、一級公路對水泥冷再生基層混合料Rc 0.95強度規定值，應滿足設計強度值3MPa～5MPa的要求。

因此，從水泥穩定碎石基層的強度、穩定性、經濟性等綜合考慮，水泥冷再生基層現場試驗段配合比的最佳水泥劑量確定為5%。

3 施工工藝

根據水泥就地冷再生的技術特點，結合國內外的施工經驗，水泥就地冷再生基層的主要施工流程，如圖3所示。

圖3 水泥就地冷再生基層施工工藝

3.1 原路面準備

這一過程包括清除路面雜物、積水等，對再生頂面縱橫坡進行預整形，該準備階段應注意以下2個方面：①對再生層頂面進行彎沉測量；②對再生層頂面彎沉過大段，必須在再生前單獨處理；超過再生層厚度的、大的沉降或坡度變化，必須在再生前予以單獨處理。

3.2 準備加新料與水泥

根據配合比設計，根據添加新集料的比例計算出每平米集料添加量，從而推算出一車料的堆放距離，然后用平地機進行攤開，確保新加集料均勻撒布于再生層頂面。

水泥的添加主要有3種方式：人工擺放攤鋪水泥、水泥稀漿車、水泥撒布車撒布，如圖4所示。為確保施工均勻性，該項目采用水泥撒布車撒布水泥，并在撒布嘴后側罩上土工布，防止揚塵。同時應注意不要在全施工路段同時撒布水泥，應在冷再生機單幅工作寬度范圍內均勻撒布水泥，待一個單幅工作寬度的作業面完成后再進行另外一個作業面的水泥撒布。

圖4 水泥撒布車

3.3 冷再生機銑刨與拌和

該步驟前，應對冷再生機組進行全面檢查，確保冷再生機與水車配合到位。該項目冷再生機采用維特根WR250如圖5所示，水車與冷再生機采用剛性連接，冷再生機推動水車在再生面行進。根據試驗段最終確定再生機行進速度為6m/min～8m/min，網裂嚴重地段采用較慢速度，再生混合料含水量應控制為最佳含水量的±0.5%～±1%。再生機后安排4～5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、平整度和再生混合料的密實性。

圖5 維特根WR250再生機

3.4 碾壓成型

碾壓是水泥就地冷再生混合料成敗的重要環節。該項目結合文獻推薦的方式，通過試驗段總結，確定了水泥就地冷再生的碾壓工序如下：

(1)預壓采用1臺26t單鋼輪振動壓路機靜壓2遍。由于該項目采用的維特根WR250冷再生機為輪胎式，兩輪胎之間的再生料未被壓實，造成再生范圍內壓實不均勻，因此先采用26t單鋼輪振動壓路機靜壓2遍。

(2)在至少兩幅預壓完成后，應立即采用平地機整平。

(3)初壓采用1臺26t的單鋼輪振動壓路機高幅低頻振動壓實2遍，使再生混合料能基本達到穩定狀態，如圖6所示。

(4)復壓采用1臺26t單鋼輪振動壓路機低幅高頻振動壓實2遍。

(5)終壓采用膠輪壓路機進行，直至表面無輪跡為止，必要時可灑水碾壓，如圖7所示。

圖7 膠輪終壓

3.5 接縫處理

接縫處理是保證冷再生結構穩定，防止反射裂縫的重要因素。接縫包括施工縱橫向接縫，新舊縱橫向接縫。

施工縱向接縫：該項目再生路幅寬度分為3.75m、7.75m、12m三種，應進行多刀施工，時刻注意搭接寬度，保證搭接寬度≥10cm，同時應注意搭接寬度范圍內的第二次再生應關閉出水。再生長度應根據天氣情況確定，氣溫較高時，再生長度超過50m就應安排再生機折回，將全斷面內的再生路幅施工到位，一并壓實，以減少施工縱向接縫對后期性能產生影響。

施工橫向接縫：施工中應盡量減少停機現象，只要因再生機停機形成的橫向接縫，在停機處，再生機再次施工時，必須將整個再生機后退至再生過材料的1.5m的距離，并重新撒布水泥。

新舊縱向接縫：該項目個別路段再生路幅非全斷面，因此存在縱向新舊接縫，該縱向新舊接縫在設計中已經考慮避開輪跡帶，并設置臺階、玻纖格柵、防水卷材進行處理。在施工過程中接縫處填料不足需要人工補齊，大粒徑骨料要剔除；碾壓時先距接縫20cm～30cm將新料壓實，然后緊靠縫面碾壓，最后對接縫兩側新舊混合料應進行一并碾壓，如圖8所示。

圖8 新舊縱向接縫處理

新舊橫向接縫：對于再生機下刀的橫向接縫2m寬范圍內應將松散的再生料挖除，換填5%水泥穩定碎石，與再生料一并碾壓。

3.6 養生與交通管制

水泥就地冷再生混合料作為一種水硬性材料，基層強度的增長需要一定的養生，避免水分流失過多過快，同時也需要水的補給。冷再生基層在每一段碾壓完成并經過壓實度檢測合格后，應立即進行養生。該項目通過對比土工布與改性乳化瀝青透層油兩種養生方式，建議采用土工布灑水養生7d，基層表面、接縫處清掃干凈后，立即噴灑透層油，再檢測合格后完成稀漿封層施工。建議在稀漿封層施工24h后進行瀝青下面層施工后，方可開放交通。

3.7 質量控制

水泥就地冷再生基層除了從平整度、標高、橫坡、彎沉、壓實度等常規指標進行控制外，該項目在施工過程中還重點關注以下兩個方面：

(1)現場取芯率：通過現場取芯率來進一步驗證施工配合比是否達到要求。該項目現場取芯率達80%，芯樣完整性80%；

(2)橫向裂縫：作為判斷現場養生是否到位的一個重要指標。該項目再生基層在施工封層前出現個別細微縮裂紋，但不存在貫穿性橫裂，采用玻纖格柵貼縫處理，如圖9所示。

圖9 再生芯樣

為進一步提高工程質量，建議今后的水泥就地冷再生基層的驗收標準中，增加現場取芯率、橫向裂縫指標。建議每車道每100m取芯一次，基本完整的芯樣(芯樣高度>設計厚度的一半)比例應達到80%；不允許存在貫穿性裂縫，橫向非貫穿性微裂縫(<0.5mm)不大于1條/百米。

4 討論

4.1 水泥就地冷再生路面基層的質量

從現場跟蹤觀測及檢測結果可以看出：

(1)再生混合料7d無側限抗壓強度較傳統水泥穩定碎石的小，但基本相差不大；

(2)現場的碾壓功與碾壓方式很大程度上影響了再生基層混合料的壓實度。該項目壓實度均≥98%，大于《公路瀝青路面再生技術規范》(JTG F41—2008)[8]95%的要求，建議市政道路主干路以上的冷再生現場壓實度標準不低于98%；

(3)再生基層可以作為快速路瀝青路面的基層使用。該項目再生層頂面彎沉彎沉代表值為40(0.01mm)，滿足設計基層頂面彎沉值的要求。

4.2 經濟性評價

水泥就地冷再生工藝與傳統的挖除新建工藝相比，每平方米可節省17.91元[9]，節約幅度達21.36%，具有良好的經濟效益。

水泥就地冷再生工藝施工機械化程度高，每天可再生6 000m2，節約工期78.12%[9]，大大節省了工期；能夠充分利用廢舊基層材料，減少新石料的開采，節約資源，具有良好的社會效益和經濟效益。

5 結語

水泥就地冷再生技術的應用對提高資源利用率、保護環境、實現可持續發展具有重要意義。本文在收集既有研究資料的基礎上，以福州市西三環路大修工程(洪灣路～灣邊大橋)項目為背景，對水泥就地冷再生技術進行研究。

在施工方面，認為碾壓與接縫處理是影響參數的關鍵，應嚴格按照再生基層施工流程進行精細化施工處理，禁止進行簡化施工。

在施工管理和質量控制方面，通過增加現場取芯率、橫向裂縫指標控制，現場施工質量顯著提高，再生基層施工效果較一般水穩基層更好。

實踐表明，水泥就地冷再生基層的各項指標均滿足規范要求，可以作為快速路瀝青路面的基層使用。與傳統工藝相比，其節約造價、工期、資源等，具有良好的社會效益和經濟效益。為進一步提高再生基層工程質量，建議后續開展水泥冷再生混合料振動成型工藝研究，以更好地模擬現場施工。

[1] 吳振亞.全深式就地冷再生技術應用研究[D].長沙：長沙理工大學，2012.

[2] 鄒寶恩，楊萬紅.基于水泥添加劑的全深式就地冷再生力學性能研究[J].公路交通科技，2016(6):115-116.

[3] 吳文飛，何銳，陳華鑫，等.舊瀝青路面全深式冷再生基層材料力學性能[J].廣西大學學報，2016， 41(1):253-260.

[4] 曹林濤，張大亮，楊孝華，等.瀝青路面就地冷再生施工問題及對策分析[J].公路交通科技，2011 (7):42-44.

[5] 劉明輝，趙順波，殷愛國，等.舊瀝青混合料冷再生技術試驗研究與工程應用[J].公路交通科技，2012 (2):74-77.

[6] 高光彬.瀝青混凝土路面就地水泥冷再生技術的質量控制[J].公路交通科技，2015 (11):36-37.

[7] 李富強. 水泥就地冷再生施工技術在路面改造中的應用[J]. 山西建筑，2012，38(31):165-166.

[8] JTG F41-2008 公路瀝青路面再生技術規范[S].北京：人民交通出版社，2008.

[9] 羅龍. 全深式就地冷再生基層經濟性研究[J].福建建筑, 2015.

Key Construction Technology of Cement Cold In-place Recycling for Road Base

CAIYelan

(Fuzhou Planning Design & Research Institute ,Fuzhou 350000)

All the performance indexes of the cold in-place recycling mixture of cement can meet the requirement of the specification，and it can be used as the base course of asphalt pavement for expressway. Compared with traditional technology, the cold in-place recycling mixture of cement can save the construction cost, period and resources, therefore the cold in-place recycling mixture of cement has good social and economic benefits. However, the difference of cold recycling technology in different regions and different grades of roads will affect the construction quality of the road base course. Therefore, based on the overhaul engineering of West Sanhuan Road in Fuzhou City, the key technologies of the cold in-place recycling mixture of cement, such as the process of mixture design, construction technology and quality control were discussed under the laboratory experiment and field test.

Road base; The cold in-place recycling mixture of cement; The process of mixture design; Construction technology

蔡葉瀾(1973.2- )，女，高級工程師。

E-mail:caiyelan_214@163.com

2016-12-29

U416

A

1004-6135(2017)04-0065-06