半剛性基層就地冷再生技術(shù)在高速公路大修中的應(yīng)用

肖冠成 李思源

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司,廣東 廣州 510635)

1 研究背景

對于達到設(shè)計使用年限，承載能力不足發(fā)生大面積疲勞破壞的半剛性基層瀝青路面，傳統(tǒng)做法是“開膛破肚”式維修，舊路銑刨料量大且無法利用，只能遠運堆放或掩埋，既占用土地、污染環(huán)境，又要花費高額的運輸和處理成本。近年，公路建設(shè)尤其是路面大修工程大力倡導綠化環(huán)保原則，盡可能通過再生技術(shù)妥善利用施工過程中產(chǎn)生的銑刨料，既可減少廢棄銑刨料對環(huán)境的污染，也可節(jié)約材料資源和資金，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式和可持續(xù)發(fā)展。

再生技術(shù)經(jīng)過國內(nèi)外多年的研究和應(yīng)用，已形成一套比較完善的設(shè)計、施工和質(zhì)量控制體系，有許多可以借鑒的成功案例。與重建維修相比，再生技術(shù)改變了路面結(jié)構(gòu)的整體特性，不僅能提高瀝青路面使用性能，延長路面壽命，而且可以節(jié)省新集料，施工周期短，對交通的影響小，降低工程成本，經(jīng)濟效益明顯。路面材料再生類型可分為熱再生、冷再生，廠拌再生、就地再生，現(xiàn)狀路面面層瀝青混合料再生領(lǐng)域研究成果及工程實例較多，但半剛性基層就地再生方面研究內(nèi)容較少，基于廣州某高速路面大修工程，對半剛性基層就地冷再生技術(shù)進行探討。

2 舊路狀況

2.1 原路面結(jié)構(gòu)

項目路段于2007年建成通車，實施范圍為K3420+100～K3423+000南行，雙向六車道瀝青路面，主線路基段路面結(jié)構(gòu)層厚74 cm，從上往下依次為:4 cm AK-13B上面層+6 cm AC-20I中面層+6 cm AC-25I下面層+38 cm 6%水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm 4%水泥穩(wěn)定碎石底基層。

2.2 舊路面狀況分析

本項目路面經(jīng)過多年使用，路面主要病害類型為縱橫裂縫、修補損壞、坑槽、唧漿、彎沉不足、局部沉陷、車轍、松散，日常主要養(yǎng)護措施為裂縫、坑槽修補以及中修(路面銑刨重鋪、路面冷再生)，病害類型多且局部病害嚴重。

為確保維修方案的合理性，使鋪筑效果更好，根據(jù)JTG H20—2007公路技術(shù)狀況評定標準、JTG H10—2009公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范，對路面損壞狀況指數(shù)、路面結(jié)構(gòu)強度指數(shù)、路面車轍深度、進行檢查并進行技術(shù)狀況評定。

1車道PCI評定狀況總體為“優(yōu)”，2車道PCI評定狀況總體為“良”，3車道PCI評定狀況總體為“中”，路面縱向裂縫所占路面損壞權(quán)重最大，為54.12%，其次是橫向裂縫和修補，分別占到29.15%和15.33%，輕度裂縫修補基本良好，部分已修補重度裂縫再次損壞，且多伴隨沉陷、唧漿等病害，裂縫寬度較大，類似于基層反射裂縫。對縱向裂縫的病害進行取點鉆芯，發(fā)現(xiàn)其中輕微縱縫中只在瀝青面層貫穿，基層未貫穿，嚴重縱縫貫穿瀝青面層和基層，路面已發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞；車轍深度指數(shù)RDI主要評定為“優(yōu)”“良”；路面結(jié)構(gòu)強度評定等級為“中”以下路段占總路段的80.56%。

3 半剛性基層就地冷再生技術(shù)研究

現(xiàn)狀舊路使用年限較長，瀝青面層16 cm偏薄，基層芯樣表面細集料散失較為嚴重，整體性較差強度低，隨著交通軸載逐年累計，尤其近年重車比例較多，使路面基層發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，產(chǎn)生較多縱向裂縫，而裂縫滲水進一步加劇路面的破壞，導致現(xiàn)狀路面病害多發(fā)。

本項目維修路段作為廣州北部地區(qū)交通系統(tǒng)的重要組成部分，交通量大，維修處治方案應(yīng)能滿足盡快開放交通、減少道路封閉施工對交通干擾程度的要求。根據(jù)類似維修工程案例的成功經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范，相比于重建維修方案，再生技術(shù)方案應(yīng)用實施簡單，施工周期短，對交通的影響小，社會效益顯著，優(yōu)先考慮。

3.1 半剛性基層就地冷再生技術(shù)方案

根據(jù)鉆芯及現(xiàn)場挖槽結(jié)果，項目路段水穩(wěn)基層開裂嚴重，擬采用瀝青路面就地冷再生工藝進行修復(fù)，采用泡沫瀝青作為再生結(jié)合料，并摻入1.2%水泥。根據(jù)上述分析，針對路面發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞路段，先銑刨16 cm瀝青面層和4 cm基層，對剩余16 cm基層進行泡沫瀝青就地冷再生重構(gòu)，利用銑刨瀝青料進行10 cm下面層GAC-25和6 cm中面層GAC-20C廠拌熱再生，最后回填4 cm GAC-13C上面層，再進行4 cm GAC-13C罩面補強，為保證維修方案結(jié)構(gòu)耐久性，在再生層位上方設(shè)置封層，最大程度避免路面水損壞。

3.2 半剛性基層就地冷再生施工技術(shù)要求

3.2.1混合料設(shè)計

使用泡沫瀝青作為再生結(jié)合料的就地冷再生工藝，泡沫瀝青冷再生混合料設(shè)計級配范圍，宜滿足表1要求。泡沫瀝青冷再生混合料中，泡沫瀝青添加量為3.1%，水泥量為采用1.2%。

3.2.2施工準備

本項目水穩(wěn)基層就地冷再生采用維特根WR4200進行施工，配備泡沫瀝青裝置及銑刨、攤鋪裝置。就地冷再生機可精確控制切削深度，工作寬度3.0 m～4.5 m，泡沫瀝青計量精確可調(diào)，并與切削深度、施工速度、材料密度等聯(lián)動。

1)選定試驗路段，長度為300 m，根據(jù)設(shè)計方案，先銑刨16 cm瀝青面層和4 cm基層。

2)制定3種再生機前進速度與轉(zhuǎn)子速度的組合方案，按設(shè)計深度16 cm對舊路水穩(wěn)基層進行銑刨，取銑刨后材料進行篩分實驗，判斷級配是否滿足規(guī)范要求，根據(jù)最佳級配原則確定再生機前進速度與轉(zhuǎn)子速度。

3)進行室內(nèi)相關(guān)配合比實驗。

4)進行現(xiàn)場試驗段再生施工，確定最佳壓路機噸位、碾壓順序、遍數(shù)組合方案。

5)檢測實驗段再生層厚度、壓實度、強度等指標，并最終確定再生料的級配及再生機速度、壓實工藝。

表1 泡沫瀝青冷再生混合料工程設(shè)計級配范圍

3.2.3再生

在施工起點處將各所需施工機具順次首尾連接，連接相應(yīng)管路。本項目冷再生施工設(shè)備主要包括：水罐車、瀝青罐車、水泥漿車(有條件時)、冷再生機、拾料機、攤鋪機、壓路機。

啟動施工設(shè)備，按照設(shè)定再生深度對路面進行銑刨、拌和。再生機組必須緩慢、均勻、連續(xù)地進行再生作業(yè)，不得隨意變更速度或者中途停頓，再生施工速度宜為4 m/min～10 m/min。

單幅再生至一個作業(yè)段終點后，將再生機和罐車等倒至施工起點，進行第二幅施工，直至完成全幅作業(yè)面的再生。再生機后應(yīng)安排專人處理邊線和清理混合料中的雜質(zhì)以及每刀起始位置的余料，以防止影響接縫和再生料的密實性。

3.2.4攤鋪壓實

本項目對樁號范圍行車道半幅進行基層就地冷再生，拌和好再生混合料后，通過機載輸料帶輸送到攤鋪機中，本項目松鋪系數(shù)按1.25控制，攤鋪過程應(yīng)及時測定修正攤鋪厚度、含水量。水泥穩(wěn)定碎石基層就地冷再生施工應(yīng)采用流水作業(yè)法，各工序緊密銜接，縮短拌和、碾壓時間。再生料攤鋪完成后，隨即進行混合料碾壓，碾壓過程縱向接縫的位置應(yīng)盡量避免輪跡帶，且應(yīng)保持濕潤便于材料之間結(jié)合，見圖1～圖4。

1)初壓時采用單鋼輪壓路機進行靜壓，如施工過程出現(xiàn)粘輪現(xiàn)象，應(yīng)及時涂刷隔離油，避免影響施工質(zhì)量。

2)初壓結(jié)束后，采用雙輪壓路機進行復(fù)壓，以低頻高幅進行，壓實遍數(shù)為4遍～6遍。

3)最后用膠輪壓路機進行終壓，壓實遍數(shù)不少于6遍。

初壓時混合料的含水率應(yīng)比最佳含水率大1%～2%。碾壓過程中，再生層表面應(yīng)始終保持濕潤，如水分蒸發(fā)過快，應(yīng)及時灑水。

3.2.5養(yǎng)生及開放交通

冷再生層碾壓檢測合格后，保持交通封閉狀態(tài)，立即進行養(yǎng)生(無需采取曬水等措施)，時間不宜少于7 d。當滿足以下兩個條件之一時，可以提前結(jié)束養(yǎng)生，養(yǎng)生完成后，在鋪筑上層瀝青層前應(yīng)鋪設(shè)SBS改性瀝青同步碎石封層：

1)再生層可以取出完整的芯樣；

2)再生層含水率低于2%。

3.3 半剛性基層就地冷再生質(zhì)量控制要求

根據(jù)JTG F41—2008公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范及相關(guān)工程經(jīng)驗，施工過程的質(zhì)量控制項目、頻度和質(zhì)量標準如表2要求，其中任選劈裂試驗和馬歇爾穩(wěn)定度試驗之一作為設(shè)計要求，推薦使用劈裂試驗[1]。

表2 泡沫瀝青冷再生施工過程質(zhì)量控制要求

就地冷再生工程完工后，應(yīng)以1 km～3 km作為一個評定路段，按照表3要求進行質(zhì)量檢查和驗收。

表3 泡沫瀝青就地冷再生施工過程、檢查驗收的項目、頻度和要求

4 結(jié)語

本文結(jié)合工程實踐，對半剛性基層就地冷再生技術(shù)展開深入研究，主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：

1)舊路翻修方案應(yīng)做好舊路面狀況檢測工作，深入分析病害原因及現(xiàn)場施工條件選擇合適的翻修方案；

2)水泥穩(wěn)定碎石基層泡沫瀝青就地冷再生應(yīng)預(yù)留發(fā)泡厚度，本項目銑刨舊路16 cm水穩(wěn)基層，發(fā)泡后碾壓厚度達20 cm。

3)維特根冷再生設(shè)備經(jīng)過組合具有銑刨、再生、拌和、攤鋪功能，應(yīng)注意攤鋪、碾壓工序之間連續(xù)性，防止再生攤鋪后材料表面干燥，碾壓效果不佳。

4)檢測就地冷再生水穩(wěn)基層芯樣完整性、壓實度、劈裂強度，各方面指標均能達到規(guī)范要求，表明水穩(wěn)基層就地冷再生工藝能可靠、快速、經(jīng)濟地對舊路水穩(wěn)基層進行結(jié)構(gòu)性維修。