就地冷再生基層技術在公路改建中的應用

林海成

摘 要：隨著公路舊路改造任務的加重，瀝青路面基層就地冷再生技術越來越多地應用于舊路改建和養護中，也受到了公路建設管理部門的高度重視。冷再生技術具有施工工序簡單，可不中斷交通，不易破壞路基，又能提高路況等級，同時可降低工程成本，使工程效率大幅度提高。更主要的是它能將所有原舊路材料全部利用，保護環境和資源，符合國家“節能、環保可持續發展的戰略”，被稱為“綠色施工技術”。本文就該項技術在公路改建項目中的應用，從適用范圍、優缺點、技術原理、施工工藝、社會經濟效益方面進行闡述。

關鍵詞：公路改建 冷再生 應用 設計

中圖分類號：U418.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（b）-0048-03

1 “冷再生”技術簡介

瀝青路面基層就地冷再生是指利用舊瀝青路面材料以及部分基層材料進行現場破碎加工，并根據級配加入一定量的新骨料和細集料，同時加入一定量的添加劑和適量的水，根據試驗確定最佳配合比，在自然的環境溫度下連續完成材料的銑刨、破碎、添加、拌和、攤鋪、壓實、養護成型的作業過程，重新形成基層、底基層的一種工藝方法。

2 適用范圍

適用于舊瀝青路面，舊瀝青面層不宜超過5cm；基層為級配砂礫或碎石、無機穩定混合料（砂石），層厚在30cm以上。

3 冷再生應用概況

3.1 涇隆公路項目冷再生應用概況

（1）項目概況。

涇隆公路起點K0+000位于涇源縣城北環路與西苑路交叉路口，路線橫穿六盤山自然保護區，終點位于隆德縣山河鎮接隆莊公路K14+234.49處，項目總長28km。

舊路為三級公路，屬縣道，瀝青路面，最后一次改建于2000年，由于服役期較長，路況狀況較差，因此進行改建。

本項目按雙向兩車道三級公路整體式路基進行設計，設計速度選定為30km/h。路基寬度7.5m，路面寬度6.5m。

舊路K4+600～K27+206.69段：K4+600～K8+050段路基寬度7.5m，路面寬度6.5m；K8+050～K27+206.69段路基寬度7.5m，路面寬度6.0m。

根據現場鉆芯顯示，K4+700～K27+206.69段舊路面層為3～5cm瀝青表處，部分路段后期養護罩面3cm，基層為15～20cm水泥石灰綜合穩定砂礫基層，底基層為18～22cm天然砂礫，取芯過程中面層與基層大部分芯樣斷裂、松散、碎散，坑壁粗糙。舊路彎沉為172.5～234.5（0.01mm），局部段落可達287.9、420.4（0.01mm）。從路面表層上觀測，舊路大部分路段路基路面較平整，無明顯坑槽及瀝青剝落情況。部分路段出現的病害主要有翻漿、沉陷、邊坡滑塌，須要處理。

（2）路面設計。

項目地處六盤山南麓，區域內陰濕多雨，年平均降水量745.4mm，地下水位高，路基干濕類型按中濕考慮。

K4+750～K27+206.69段根據彎沉資料、沿線土質、現場踏勘及設計經驗綜合考慮確定土基模量為42.0MPa。

由于K4+750～K27+206.69段舊路路基寬度只有7.5m，路面改建應首先考慮以提高結構層為宜，不宜下挖，但路基一側臨溝、一側緊靠陡崖，縱斷面無法較大提高，綜合考慮，在設置了90處擋土墻后，保證縱斷面提高了24cm。路面方案可選擇新建底基層和冷再生底基層兩種方案。

經過經濟比較，冷再生底基層方案造價較低；另外，項目地處六盤山地區，區域內陰濕多雨，設計時考慮到路床長期處于中濕狀態，結合舊路彎沉及鉆芯情況，為增長道路使用壽命，挖除舊路面產生的廢料對環境不利，最終將部分路段的底基層設計為就地冷再生結構。

最終確定路面結構方案如下：

①新建路面結構（長11.706km）。

面層：4cm細粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩定碎石或砂礫；

底基層：21cm級配砂礫；

路面總厚度：45cm。

②穩定土就地冷再生底基層路面結構（長10.745km）。

面層：4cm細粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩定碎石或砂礫；

底基層：21cm穩定土就地冷再生底基層；

路面總厚度：45cm。

涇隆公路“冷再生”底基層鋪筑面積為82387m2，相比節約造價561.12萬元，占總造價的4.4%。

（3）路面結構方案設計。

共計10.745km/14段設計為就地冷再生底基層。經銑刨、試驗舊路材料級配不良，設計中考慮增加碎石，進行摻配，根據篩分等試驗，確定其摻配比例為舊路面材料：摻配5～10mm碎石=85%：15%，施工要求水泥穩定砂礫7天浸水抗壓強度90%概率值不小于2.0MPa，施工時要求增加0.5%的水泥劑量。

根據級配設計結果，分別按4.0%、4.5%和5.0%的水泥劑量進行試驗，最終選用4.5%的水泥劑量進行配合比設計。

（4）施工檢測結果。

Ⅰ合同段水泥穩定冷再生底基層配合比，舊路面材料：碎石（5～10mm）=85∶15；最大干密度為2.262g/cm3，最佳含水量為5.2%，無側限抗壓強度：水泥劑量5.5%時為3.1MPa，水泥劑量6.0%時為3.7MPa。頂面彎沉實測彎沉為97.7～98.9（0.01mm）之間，均小于設計彎沉值192.3（0.01mm）。底基層芯樣完整，坑壁光滑，滿足要求。

Ⅱ合同段水泥穩定冷再生底基層配合比，舊路面材料：碎石（9.5～19mm）=85∶15；水泥：集料=5.5或6.0∶100。最大干密度為2.197g/cm3，最佳含水量為6.8%，無側限抗壓強度：水泥劑量5.5%時為3.2MPa，水泥劑量6.0%時為3.9MPa。頂面彎沉實測彎沉為149.2～176.9（0.01mm）之間，均小于設計彎沉值192.3（0.01mm）。底基層芯樣完整，坑壁光滑，滿足要求。

3.2 盤河至甘城公路項目冷再生應用概況

盤河至甘城公路修建于2004年，起點位于S101線K269+900左側（東側），終點止于S203線K373+900右側（西側），路線全長21.7km。舊路為三級瀝青路面，路基寬7.5m，路面寬6.0m。

已出現病害有翻漿、車轍、坑槽等，影響出行。項目屬黃土丘陵區，中溫帶干旱氣候區。

通過鉆芯取樣結果顯示，舊路路面結構層為：2.5～3.0cm細粒式瀝青砼面層、15～19cm水泥穩定砂礫基層、15～20cm級配砂礫底基層。通過觀察舊路基層頂面還板結較好，具有一定強度，但下部混合料松散。全線路基按干燥考慮，根據調查舊路路面彎沉反映，大部分舊路彎沉在139.5～187.9（mm）之間，換算回彈模量為62～79MPa之間。

共有16km路段，可選擇提高24cm高程新建基層補強和提高4cm高程就地冷再生基層兩種改建方案。

方案1：

穩定土就地冷再生底基層路面結構如下：

面層：4cm細粒式瀝青混凝土（AC-13C粗型連續密集配）；

基層：20cm穩定土就地冷再生基層（摻配15% 5～10mm碎石）；

路面總厚度：24cm。

方案2：

補強路面結構如下：

面層：4cm細粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩定砂礫；

路面總厚度：24cm；

其中2km長的雙井街道無法提高需要挖除舊路面新建。

新建路面結構如下：

面層：4cm細粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩定砂礫；

底基層：20cm級配砂礫；

路面總厚度：44cm。

經過造價比較，冷再生方案造價低的優勢明顯，故選擇冷再生方案。

因舊路銑刨后材料級配不良，設計中考慮增加碎石，進行摻配，要求碎石含泥量不超過0.7%，粒徑規則，粒料干凈，壓碎值不大于30%。根據篩分等試驗，確定其摻配比例為舊路面材料：摻配5～10mm碎石=85%∶15%，施工前必須做水泥穩定舊路面材料基層配合比試驗，要求水泥穩定砂礫7天浸水抗壓強度90%概率值不小于2.5MPa，施工時均要求增加0.5%的水泥劑量，采用再生機拌合施工。

根據級配設計結果，按照《公路工程無機結合料穩定材料試驗規程》分別配3.5%、4.0%和4.5%的水泥劑量進行擊實試驗，然后采用烘干法測定試件最佳含水量，并計算最大干密度。根據試驗數據表明，設計按照4.0%的水泥劑量進行配合比設計。

根據交工運營兩年情況看，該項目路面未出現由于冷再生基層原因引起的病害。

盤河至甘城公路，由于16km采用了“冷再生”基層，面積計94564m2，相比節約造價676.42萬元。占總造價的17.05%。

4 冷再生設計前期工作

4.1 設計原則

根據公路使用功能、交通量及公路等級對路面強度的要求，結合當地氣候、水文、土質等自然條件，本著節約使用筑路材料，利于環境保護的原則，選擇技術先進、經濟合理、安全可靠、有利于機械化施工的路面結構方案，結合舊路彎沉、鉆芯等資料，借鑒當地實踐經驗，綜合考慮后進行路面綜合設計。

4.2 舊路面調查分析

（1）重點調查破損情況包括裂縫率、車轍深度、修補面積等。

（2）評價舊路面結構承載能力。

（3）進行分層挖孔取樣和試驗，采集瀝青混合料和基層、底基層、土基的樣品，分析破壞原因，判斷其破壞層位和是否可以利用。

（4）挖孔取樣調查路床范圍內路基土的分層含水量與土質類型及承載力等，分析路基的穩定性、強度以及路基路面范圍內排水狀況等。

4.3 取樣及試驗

設計階段試驗采用冷再生機沿舊路每隔500m取試樣一組，要求取樣寬度為舊路面寬度，長度約20m，深度按再生基層厚度確定。

4.4 計算準確摻加材料的用量，確定配合比

（1）確定試樣的干質量計算。

試樣的干質量=試樣的風干質量×（1-風干試驗的含水量）

（2）確定穩定劑的用量計算。

水泥用量=水泥的百分比×試樣的干質量

（3）摻加材料用量的確定。

試樣的加水百分比=試樣的最佳含水量-風干試驗的含水量

加水質量=試樣的加水百分比×試樣干質量+穩定劑添加量

碎石用量=路寬×壓實厚度×最大干容重×壓實度×摻碎石量/碎石密度

水泥用量=壓實厚度×最大干容重×壓實度×水泥劑量/[1+水泥劑量]

5 “冷再生”技術優點

（1）保護環境和資源。

因為充分利用了原路面銑刨的廢棄料，舊料得以全部就地利用，減少了新材料的開采，目前該區各地砂礫料儲量十分匱乏，部分地區已經枯竭，利用舊路面材料解決了砂石材料不足的問題，也不存在舊料運輸和廢料隨意堆放問題，減少了施工中產生的粉塵和廢氣污染；使用該技術可減輕對環境的污染，減少能源的消耗。

（2）工序簡單，工期短，充分發揮了投資效益。

由于原有的路面材料被就地利用，省略了挖掘、外運、廠內加工及回填等一系列工作，使得施工工序簡化，提高了生產效率。就地冷再生技術施工工藝簡單，施工進度快，開放交通早，保證道路的暢通；再生后可以明顯提高路面基層的強度，改善路面使用性能，使投資效益得以充分發揮。

（3）減少征地拆遷。

舊路改建一般為加高路面結構層，需要加寬路基，冷再生可避免廢棄料占地及路面標高提高后的新增占地、伐移樹木、拆遷。

（4）降低了工程造價。

舊路改建一般需要加高和拼寬路基，平交、交通工程、構造物無法利用需要拆舊建新改造，加之路面工程一般約占總造價的40%，冷再生技術降低了工程造價；隨著再生基層厚度的增加，造價降低越大。

（5）解決了困難路段路基無法加高的問題。

舊路上加鋪基層是公路改建和養護傳統的處理方式，這導致隨著路面標高的不斷提高使得路面寬度變得越來越窄，且周邊與之搭接的道路高度也隨之提高，給沿線村莊出行及排水帶來難于解決的問題。在一些街道、臨近民房、平交口多、橫斷面方向為懸崖陡坡的路段，縱斷面根本就無法提高，而冷再生方案恰好解決了這一問題。

（6）不損壞路基。

再生機在路基上只通過一次，與傳統的施工工藝相比，對路基的損壞最低。

6 “冷再生”技術應用存在問題及對策

根據施工期設計回訪及后期調查，冷再生目前存在以下問題。

（1）縱向搭接處存在縱縫、產生不均勻橫向裂縫。

首先，從交通量組成上看，重型車輛較多；其次，對冷再生級配和細料含量應多加控制；縱向裂縫產生的原因與拌和時橫向搭接有關，這個問題亟待繼續調查與研究。

（2）舊路材料的差異性對配合比、強度有影響。

雖然采用冷再生機對舊路按頻率進行取樣、試驗，但舊路材料出現差異性，可通過以下方式解決。

①對舊路修建歷史進行調查，對原設計資料、竣工資料進行調閱，必要時向施工方進行查詢。

②設計階段發現材料變異，加密取樣試驗頻率，以提供合理的配合比。

（3）“冷再生”技術需要專用設備。

地方項目一般規模較小，租借設備困難，施工管理等觀念還未轉變，仍存在一定困難。但通過統籌安排和推廣應用，可以在農村公路的改建中得以實現。

（4）改建層位的選擇。

在輕交通的公路改建中，基層再生相比底基層再生，造價明顯偏低，前者更有優勢。

中等交通的公路改建，可采用加深再生基層的方法解決（最厚可達30cm）。

重交通的公路改建，應先對舊路面進行仔細調查，再對再生底基層加鋪新基層方案同直接補強方案比較后綜合考慮。

7 結語

“十一五”“十二五”期間已修建了大量瀝青路面的公路，包括的農村公路、國省干線，本技術這些公路在改建時應用前景廣闊。

隨著國家投融資、環保和再生資源利用政策的影響，本技術具備降低工程造價、利于環保、節約占地和資源的優點，也符合國家的節能減排政策，它的應用，為發展綠色交通必將做出積極貢獻，因此推廣意義重大。

參考文獻

[1] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術規范[S].

[2] JTG F41-2008，公路瀝青路面再生技術規范[S].

[3] DB 64/T1058-2014，水泥穩定就地冷再生路面基層施工技術規范[S].