水穩(wěn)基層現(xiàn)場冷再生技術(shù)在公路養(yǎng)護工程中的應(yīng)用研究

鄭 亮,閆文俊,王利鋒,張登峰

(1.內(nèi)蒙古公路交通投資發(fā)展有限公司錫林郭勒分公司，錫林浩特 026000；2.錫林郭勒盟交通運輸局，錫林浩特 026000；3.武漢理工大學(xué)硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070)

水泥穩(wěn)定基層現(xiàn)場冷再生是公路養(yǎng)護工程中常用的施工技術(shù)，該技術(shù)是采用銑刨機將舊路基層進行銑刨、破碎，并與新加骨料、膠結(jié)料及水進行二次拌和，形成具有一定級配和強度等路用性能的基層混合料，再通過找平、壓實工藝重新鋪筑成型的整套工藝流程[1]。現(xiàn)場冷再生工藝設(shè)備配置要求簡單，與傳統(tǒng)的水穩(wěn)基層施工相比，具有節(jié)約原材料、縮短工期，對交通影響小、節(jié)省養(yǎng)護費用等優(yōu)點，同時循環(huán)利用舊料，對保護環(huán)境也起到了積極作用，具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，適用于各等級公路養(yǎng)護工程[2]。

國道303線錫林浩特至阿巴嘎旗段一級公路全長103.5 km，是錫林浩特西向通往二連浩特市和呼和浩特市的重要通道，原路面結(jié)構(gòu)層為20 cm 5.0%水泥穩(wěn)定碎石基層+4 cm基質(zhì)瀝青AM-16瀝青碎石面層，因通車年限較長，通車任務(wù)繁重，導(dǎo)致局部路面(特別是長大縱坡路段)出現(xiàn)了不同程度的網(wǎng)狀裂縫、坑槽及車轍病害，路面結(jié)構(gòu)層強度下降嚴重，影響到行車的舒適性和安全性。經(jīng)路用現(xiàn)狀綜合檢測評定及鉆芯取樣復(fù)核，建設(shè)單位綜合比選養(yǎng)護方案，決定對沿線破損較為嚴重的路段采用現(xiàn)場冷再生水穩(wěn)基層方案。將舊路瀝青路面和水泥穩(wěn)定碎石基層進行全厚度現(xiàn)場冷再生(再生厚度 24 cm)，再噴灑透層及鋪筑4 cm AC-16瀝青混凝土面層。

1 水泥穩(wěn)定碎石基層現(xiàn)場冷再生配合比設(shè)計

再生混合料的配合比設(shè)計是水穩(wěn)基層現(xiàn)場冷再生成敗的關(guān)鍵[3]。為了確定再生基層段混合料施工配合比，首先對舊路冷再生深度范圍內(nèi)進行全厚度試銑刨，再對銑刨料取樣篩分，通過試銑刨工作，一是確定銑刨機的銑刨深度、銑刨粒徑、銑刨速度等工作參數(shù)，二是準確掌握銑刨料的顆粒級配情況和舊料理化性能，結(jié)合設(shè)計級配范圍采用電腦人機對話模式計算多種新舊料摻配比例，通過室內(nèi)試驗確定每個級配比例下再生混合料試件的力學(xué)性能，優(yōu)選出性能優(yōu)、經(jīng)濟效益佳且與現(xiàn)場實際情況相適應(yīng)的施工配合比。

1.1 銑刨料及新加原材料性能

采用維特根WR2500S冷再生銑刨機，選定20 m路段進行試銑刨，將銑刨料全部收集回收，取樣測試銑刨料的顆粒級配、粗集料密度、吸水率、壓碎值等性能，銑刨料及新加材料性能如下：

1)銑刨料：粗集料表觀相對密度2.716、吸水率1.1%、壓碎值18.5%。

2)水泥：阿巴嘎旗冀東PS32.5礦渣硅酸鹽水泥，初凝時間195 min，終凝時間380 min。

3)新加碎石：錫林浩特當(dāng)?shù)?0～30 mm安山巖碎石，表觀相對密度2.758、吸水率0.6%、壓碎值14.7%、針片狀含量5.1%。

4)水：當(dāng)?shù)仫嬘盟琾H值7.2。

1.2 級配設(shè)計與混合料性能驗證

項目設(shè)計冷再生水泥穩(wěn)定基層最小水泥用量5.0%，7 d無側(cè)限抗壓強度≥3.0 MPa，壓實度≥98%。根據(jù)銑刨料和新加骨料的顆粒級配進行計算機合成摻配，確定合適的摻配比例，結(jié)果如表1所示[4]。

表1 再生混合料級配設(shè)計

根據(jù)設(shè)計文件給定的水泥用量，將新料與銑刨料按照三種比例分別摻配拌和均勻并進行室內(nèi)標準重擊實，根據(jù)擊實結(jié)果分別成型無側(cè)限抗壓強度試件并進行標準養(yǎng)生，測試試件7 d無側(cè)限抗壓強度，三種再生混合料無側(cè)限強度結(jié)果如表2所示[5,6]。

表2 再生混合料擊實試驗及無側(cè)向抗壓強度試驗結(jié)果

從表2再生混合料擊實試驗及無側(cè)向抗壓強度試驗結(jié)果可以看出：

1)三種再生混合料級配在5%水泥用量下，7 d無側(cè)限抗壓強度分別為3.9 MPa、4.6 MPa和4.2 MPa，均滿足強度設(shè)計要求，在新料摻量為20%時強度最大。

2)隨著新料用量的增加，再生混合料級配逐漸變粗，擊實干密度呈先增加后降低的趨勢，新料摻量在20%時干密度達到最大，施工時可按照20%±3%控制新碎石的用量。

3)根據(jù)實驗室標準擊實試驗和無側(cè)限抗壓強度結(jié)果綜合比選，確定項目再生基層配合比采用5.0%水泥用量，新料與銑刨料質(zhì)量比為20%：80%。

2 現(xiàn)場再生水穩(wěn)基層施工工藝及質(zhì)量控制

2.1 設(shè)備配置

再生施工對設(shè)備配置要求較高，要保證再生基層的質(zhì)量，必須控制再生基層混合料級配變異性。一是保證銑刨顆粒均勻，不出現(xiàn)大粒徑團塊的同時，銑刨最大粒徑不超過35 mm；二是確保銑刨料與新加骨料、水泥膠結(jié)料與水的拌和均勻性，使新加骨料和舊骨料表面裹附水泥膠漿飽滿，防止離析。因此，根據(jù)專家組的指導(dǎo)意見，現(xiàn)場配置了維特根WR2500S冷再生銑刨機1臺、徐工XLZ400路拌機1臺、5 t灑水車2輛、徐工GR165平地機1臺、戴納派克13 t雙鋼輪振動壓路機1臺、徐工22 t單鋼輪振動壓路機 1 臺、徐工XP301輪胎壓路機(30 t)1臺。

2.2 施工材料用量計算

通過現(xiàn)場鉆芯取樣，測得舊路水穩(wěn)基層+瀝青面層整體芯樣密度平均值為2.236 g/cm3，則再生段24 cm深度內(nèi)，每平米銑刨料質(zhì)量與所需新加料質(zhì)量計算如下：

1 m2舊路基層+面層銑刨料質(zhì)量為

M1=1.0×0.24×2.236×1 000=536.64 kg

(1)

1 m2再生基層所需新骨料質(zhì)量

M2=M1/80%×20%=134.16 kg

(2)

1 m2再生基層所需水泥質(zhì)量為

M3=(M1+M2)/95%×5%=35.30 kg

(3)

2.3 施工工藝

現(xiàn)場冷再生施工流程圖如圖1所示。

1)施工準備：施工前，項目部組織施工技術(shù)人員和設(shè)備操作手進行技術(shù)交底，做到前、后場每個參與人員應(yīng)知應(yīng)會，各司其責(zé)。測量人員用全站儀進行中線和邊線放樣，用水準儀測量舊路高程，并釘設(shè)高程控制樁，前場技術(shù)員組織對作業(yè)面進行清潔驗收，每個環(huán)節(jié)分工落實到人。

2)新加材料攤鋪：在準備好的下承層上按照先布碎石再布水泥的順序，分別進行新加碎石和水泥的攤鋪工作(圖2)，按照碎石(135±5)kg/m2和水泥(36±2)kg/m2的標準分別進行撒布施工，新加材料布滿作業(yè)面后，檢測人員準確截取1 m2的材料稱重，檢測材料攤鋪質(zhì)量，要求材料用量滿足試驗設(shè)計要求。

3)銑刨與拌和：正式施工時銑刨機配合路拌機聯(lián)合施工作業(yè)(圖3)，銑刨速度按(5 m±1 m)/min控制，銑刨深度(24±2)cm，一次銑刨長度100～120 m(銑刨機20 min銑刨長度)，一幅銑刨寬度2.0～2.5 m(根據(jù)路面凈寬劃分每幅銑刨寬度)。在銑刨機完成兩個幅寬的銑刨量，進行第三個幅寬銑刨時，路拌機開始對銑刨料拌和，在銑刨機和拌和機工作過程中，質(zhì)檢員隨時檢查銑刨效果和拌和效果，一是觀察再生混合料拌和均勻性，要求新加骨料和舊骨料表面均勻裹附上水泥膠漿；二是檢測混合料含水量，及時調(diào)整銑刨加水量和拌和加水量，控制施工含水量在最佳含水量+1%～1.5%。

4)刮平與壓實：當(dāng)銑刨機與路拌機進行下一路段的施工作業(yè)時(每個作業(yè)段銑刨與路拌時間總控制在1.0～1.5 h之間)，平地機開始進行快速刮平與找平工作(圖4)。根據(jù)設(shè)計高程，平地機由一側(cè)向另一側(cè)逐幅刮平，兩幅之間搭接50～100 cm。測量人員跟蹤觀測找平高程，輔助人員及時修補刮平表面的離析等缺陷，接近設(shè)計高程時，振動壓路機開始進行壓實工作(圖5)，初壓采用雙鋼輪壓路機弱振1遍穩(wěn)壓，復(fù)壓采用單鋼輪壓路機強振2遍、弱振2遍、輪胎壓路機壓實2遍，終壓采用雙鋼輪壓路機靜壓2遍收光。

5)施工檢測與養(yǎng)生：壓實完成，采用灌砂法進行壓實度和厚度檢測(圖6)，壓實度按不小于98%控制，壓實度不合格則指揮壓路機進行補壓，合格則根據(jù)基層表面干濕狀態(tài)及時進行補水和覆蓋養(yǎng)生(圖7)。

2.4 現(xiàn)場冷再生施工注意事項

1)施工時間控制：冷再生工藝必須保證各個施工工序的緊密銜接，使機械設(shè)備之間配合緊湊，形成一個流暢的施工循環(huán)，每個施工作業(yè)段銑刨、拌和、刮平、壓實的時間周期，亦即從銑刨機開始銑刨到壓路機終壓結(jié)束的時間必須在水泥初凝前完成。

2)含水量控制：銑刨機、路拌機加水的總用水量應(yīng)控制為最佳含水量+1.0%～1.5%，還應(yīng)根據(jù)施工當(dāng)日的氣溫和風(fēng)力大小來調(diào)整。施工期間，與銑刨機和路拌機機連接的水車應(yīng)滿足施工需求，保證供水的連續(xù)性和均勻性，再生混合料拌和應(yīng)均勻、裹附飽滿、粘聚性良好。出現(xiàn)含水量過大時應(yīng)及時通過拌和水泥的方式來處理，防止壓實翻漿和軟彈。

3)壓實工藝：施工壓實的順序一般為：穩(wěn)壓(雙鋼輪弱振1遍)→初壓(單鋼輪弱振1遍)→復(fù)壓(單鋼輪強振2遍、弱振2遍)、輪胎壓路機壓實搓揉2遍→終壓(雙鋼輪靜壓2遍收光)。壓實過程中，振動壓路機遵循勻速、慢壓，先起步后起振、先停振后停車的工作模式低速、緩慢進行，禁止壓路機在未完成壓實的路面上急剎車或調(diào)頭。

4)接縫處理：分段施工時，兩個施工段落之間的橫向接縫采用搭接壓實，在前一段終點預(yù)留 2～3 m不起振，后一段施工時，將此部分一并壓實。分幅施工時，縱向接縫處理時，前半幅施工應(yīng)多拌和 20～30 cm，后半幅施工時再將此部分重新加水拌和整平壓實。

5)養(yǎng)生與交通管制：每一段終壓完成并經(jīng)檢查合格后，立即進行灑水覆蓋養(yǎng)生，養(yǎng)生期間應(yīng)始終保持再生基層表面濕潤。養(yǎng)生到期，將覆蓋物清除干凈并進行取芯檢測，芯樣強度合格方可進行下一步工序施工。再生基層養(yǎng)生期間，應(yīng)封閉交通，再生層上除灑水車外其他施工機械及社會車輛不得駛?cè)搿?/p>

3 結(jié) 語

水穩(wěn)基層現(xiàn)場冷再生技術(shù)最大限度的利用舊路材料，并將其轉(zhuǎn)化成有價值的生產(chǎn)資料，減少了開山取石對環(huán)境的破壞，既保護了自然資源，又減少運輸車輛排放所造成的污染，降低了工程造價。該技術(shù)對交通干擾小，緩解了道路通行壓力，在道路維修養(yǎng)護和建設(shè)方面作用巨大。水穩(wěn)基層現(xiàn)場冷再生技術(shù)已在錫林郭勒盟多條重點公路大中修養(yǎng)護工程中得到應(yīng)用，相比傳統(tǒng)的挖除重修方法，充分利用了原有路面材料，節(jié)約了養(yǎng)護成本，與國家大力提倡的“雙碳經(jīng)濟”理念相吻合，經(jīng)濟效益和社會效益顯著，市場前景廣闊。