水穩基層冷再生技術在農村公路中的應用分析

李秀麗

(平湖市交通運輸綜合行政執法隊 嘉興市 314200)

0 引言

當前許多公路由于建設年代早,加上環境、交通量等眾多因素的影響,路面出現了不同程度的病害,如橫縱向裂縫、網裂、坑槽、松散等,隨著路面使用時間的增長,進而引發其他病害的出現,從而對路面平整度、行車安全性和舒適性產生嚴重的影響,縮短了公路壽命周期,因此需要對路面面層、基層進行維修,以便提高路面結構性能。

文章以白沙路為例,對改造方案加以分析,介紹水穩冷再生技術的施工質量要點及應用價值,為農村公路維修養護提供參考。

1 冷再生技術原理及再生混合料性能分析

1.1 冷再生技術原理

水泥穩定碎石冷再生技術就是利用冷再生機械設備對原瀝青路面進行破碎,將老路路面結構或銑刨老路面層后的基層摻入一定量的水泥、石屑等新混合料,進行重新攤鋪施工。攤鋪碾壓形成新的水穩冷再生基層,具有施工成本低、節約原材料、環保價值高、施工周期短、交通干擾小等特點[1],具有良好的經濟、社會和環境效益,因此在路面維修與改造中具有很高的推廣應用價值。

1.2 再生混合料的路用性能分析

1.2.1再生混合料的抗壓回彈模量

在路面材料性能研究中,抗壓回彈模量能夠反映路面材料的力學特性。由于舊瀝青路面材料在長期的荷載作用下,其力學強度和抗壓回彈模量要低于新集料,導致冷再生混合料的抗壓回彈模量也低于新集料,這是由于舊瀝青結合料在冷再生混合料中發揮了作用。經試驗研究[2],水泥冷再生混合料抗壓回彈模量是在《公路瀝青路面設計規范》(JTG D50—2017)推薦的無機結合料穩定類材料的彈性模量范圍之內的,這就表明,冷再生混合料的力學強度是可以達到公路基層強度要求的,舊瀝青路面材料可以作為基層新集料使用。

1.2.2再生混合料的穩定特性

由于冷再生混合料是利用了原路面材料,其中含有舊瀝青材料,這樣就減少了再生混合料內部的毛細孔隙;添加一定劑量的水泥穩定劑后,內部會發生化學反應產生水化產物,致使內部孔隙再次減少。基于以上分析,可以說明冷再生混合料具有良好的抗水害性和抗凍性,即具有良好的水穩性和凍穩性。

1.2.3再生混合料的抗沖刷性能

抗沖刷性能是路用性能的一個重要指標。在長期使用和環境因素影響下,路面必然會產生裂縫,此時路表面的水分就能滲入到基層,如果基層一直維持著潮濕的狀態,就會導致脫空嚴重的位置形成流動水,再加上車輛荷載的作用,面層和基層的混合料就會受到沖刷侵蝕。如果混合料的抗沖刷性能很低,路面結構就會發生破壞,降低路面的使用性能。經沖刷試驗研究,水泥穩定碎石冷再生混合料試件沖刷后的抗壓強度較未沖刷的抗壓強度只下降了9.8%[3]。試驗表明,經過一定時間的沖刷,冷再生混合料沖刷量呈現平穩的狀態,但其抗壓強度仍然處于較高的狀態,從而說明了冷再生混合料具有良好的抗沖刷性能。

2 水穩冷再生技術應用

2.1 工程簡介

白沙路位于嘉興市平度市獨山港鎮,路線全長2.64km,公路等級為三級,路面寬度為2×3.75m(行車道)+2×3.75m(硬路肩)=15m,原路面為瀝青混凝土路面。經現場勘察,該工程原水泥穩定基層大部分已破碎,路面強度已不能滿足使用要求,且根據現場調查,該路段重車比例較高;綜合考慮該路面強度和路面破損狀況,結合本段道路交通量大小、平整度狀況等諸多因素,以及白沙路在平湖市公路網的重要程度,確定采用水泥穩定碎石冷再生技術方案,主要目的是降低施工成本、縮短施工工期、節約資源、保護環境,在保持原有公路線型不改變的前提下,保證工程質量,延長公路壽命周期,提高行車安全舒適性。

2.2 改造提升方案

(1)K0+000～K1+540段

統一銑刨5cm老路面層,局部病害處治后,對現狀水穩基層(厚18cm)進行冷再生,再生厚度20cm,再統一加鋪5cm AC-16C(SBS)改性瀝青混凝土+7cm AC-25C瀝青混凝土+22cm水泥穩定碎石,詳見圖1。

圖1 路面加鋪結構圖(K0+000～K1+540)

(2)K2+338～K2+800段

統一銑刨10cm老路面層,局部病害處治后,對現狀水穩基層(厚18cm)進行冷再生,再生厚度20cm,再統一加鋪5cm AC-16C(SBS)改性瀝青混凝土+7cm AC-25C瀝青混凝土+20cm水泥穩定碎石,詳見圖2。

圖2 路面加鋪結構圖(K2+338～K2+800)

2.3 配合比設計

水泥穩定碎石冷再生技術中再生混合料的配合比設計是非常重要的一個環節,它能決定冷再生施工質量的成功與否。經試驗研究,隨著再生混合料中水泥劑量的不斷增加,試件的無側限抗壓強度也隨之增加,但是水泥劑量在5%～6%時,試件強度的增長速度反而出現下降的趨勢[3],為此,該工程采用的水泥劑量定為5%,其他配合比參數見表1。

表1 配合比參數

2.4 施工情況

2.4.1撒布水泥

采用水泥灑布車撒布,5.0%水泥用量為21kg/m2。為了減少水泥損失,灑布路線不宜過長,也不能在大風天氣施工。

2.4.2就地冷再生作業

進行銑刨、拌和時,應保證再生機械均勻、連續行駛。再生機后安排施工人員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,以防影響縱向接縫、橫向接縫、平整度和再生材料的密實性,施工現場如圖3所示。

圖3 水穩冷再生施工情形

2.4.3壓實

當冷再生完成后,先后進行單鋼輪振動壓路機穩壓、平地機整平、振動壓路機強振、膠輪復壓等碾壓工序,施工現場如圖4所示。

圖4 壓實施工情形

2.4.4養生與交通管制

冷再生基層碾壓完成并經壓實度檢測合格后進行養生,采用覆蓋方式(吸水土工布等)養生7d。在養生期間,除灑水車外,封閉交通;養生結束后,將覆蓋物清除干凈。

2.5 接縫處理

冷再生施工過程中,要對橫向和縱向接縫[4]進行有效處理,若沒有進行妥善處理,容易造成路面不連續,對路面的再生結構產生嚴重影響。

橫向接縫主要是冷再生機停止施工時形成的。在施工過程中施工人員應盡量減少停機現象;若出現停機現象,再生機再次起動施工時,要將再生機后退至再生過的材料的一定距離。橫向接縫出現后,采用人工處理方法,對接縫處的混合料進行鏟平、整齊,確保之后施工能夠正常進行。

縱向接縫主要是冷再生機的工作寬度限制形成的。在縱向施工中,由于冷再生機的工作寬度小于路幅寬度,需要通過多次作業才能完成整個路幅的鋪設,相鄰作業面之間就會產生縱向接縫。增加縱向裂縫位置的重疊寬度,可在一定程度上減少縱向接縫,從而使相鄰作業面之間的施工充分性和連續性得到保證。若采用單機全斷面寬幅攤鋪碾壓成型,可有效避免縱向接縫和離析,提高結構整體性,提高工效,縮短工期,節約成本。

3 施工質量控制

3.1 質量控制要點

為了保證冷再生工程的質量達到設計和使用要求,施工過程的質量控制極為重要。根據現場施工因素分析,對施工過程質量控制有以下幾個要點:

(1)施工作業前對再生機械設備、壓路機等進行檢查,盡量確保施工過程的連續性,減少停機次數,從而減少橫向接縫的數量。

(2)加強原材料質量管理。冷再生混合料質量管理的重點是基層碎石的級配,原材料進場前,進行進廠驗收和抽檢,保證基層碎石的級配符合設計要求,從而確保原材料質量達到設計和使用要求。

(3)為了保證在現場攤鋪時不會因為新加料的不均勻性加大施工變異性,要盡量控制每車每次加料的數量都相差不大。

(4) 在拌合的過程中,要掌握好混合料的含水量,控制加水量。根據外界因素的影響,如施工現場環境、氣溫等,適當調整混合料中含水量的比例,一般要求現場含水量比最佳含水量高出0.5%～1.0%[5],這是因為在拌合和攤鋪過程中,會有部分水分蒸發而損失掉,高出的含水量可用來彌補水分損失。

(5)再生機后安排專人跟隨,隨時檢查再生深度。

(6)碾壓時,采用先輕后重、由重到輕的原則進行;再生層的表面要一直保持濕潤的狀態,當出現水分蒸發太快而導致水分不足時,要及時采取一定的措施保證水分充足。

(7)壓實時,如果出現“彈簧”、松散、起皮等現象,及時翻開重新拌合或采用其他方法處理,使其達到質量要求。在完成第一遍振動碾壓后,若平整度達不到設計要求,要采用人工找平的方法對該路段進行處理。

(8)路基路面施工中的質量控制指標之一就是壓實度,當路面基層使用冷再生混合料的時候,要在最佳含水量的狀態下充分壓實,這樣可以使得再生混合料的強度達到設計要求,從而使路面結構層的強度和穩定性得到保證。

3.2 施工質量檢測

白沙路改造提升工程完工后,經現場試驗檢測,壓實度和再生層取芯厚度均滿足設計要求,部分檢測數據見表2。

表2 冷再生基層壓實度、厚度檢測

4 應用價值分析

4.1 經濟效益分析

(1)降低施工成本

通過對比水泥穩定碎石就地冷再生與傳統維修改造方案,可以發現,采用水泥穩定碎石就地冷再生技術方案可以節省舊路面材料的處理費用及新石料采購費用,增加了再生機組租賃費。針對白沙路而言,通過計算分析,采用水泥穩定碎石就地冷再生方案比采用傳統維修改造方案合計節省工程造價約53萬元,經濟效益良好。

(2)縮短施工周期

水泥穩定碎石就地冷再生方案采用再生機組,機械化程度高,使得施工程序得到簡化,具有較高的生產率,施工效率得到提高,有效縮短施工周期,尤其適用于施工工期要求緊迫的道路等。

4.2 社會效益分析

(1)環保價值高

冷再生技術充分利用了舊路面材料,無需考慮這些材料的運輸和堆放問題,而且對新材料的需求量大大減少,從而對新材料的運輸也相應減少,這樣不但可以節省資源,而且能大幅度減少運輸過程中汽車尾氣排放造成的環境污染,真正實現了節約資源和環境保護的目的。

冷再生技術充分利用了舊路面材料,變廢為寶,減少了廢料產生的污染問題,降低了開采石料對環境的破壞問題,從而保護了人類生存的環境,這與目前我國綠色環保可持續發展的要求是一致的;冷再生技術可以使道路狀況得以良好的改善,也可使行車舒適性和安全性得到保證,環境效益良好。

(2)交通影響小

就地冷再生基層技術屬于非開挖施工,全程采用現代化的專用就地再生設備,機械化程度高,具有較高的生產率,對舊路的維修改造只需一次作業就能完成,在節省施工時間、快速開放交通方面具有一定優勢,交通影響小,尤其適用于交通量較大以及在施工過程中不能中斷的道路。冷再生技術還能確保工程質量,加快推進美麗鄉村建設,獲得企業和公眾的贊譽,社會效益顯著,改造完工效果見圖5。

圖5 白沙路改造完工圖

5 結語

隨著社會經濟的不斷發展,人們環境保護和可持續發展的意識越來越強,節約資源、降本增效的需求逐漸增加,對水穩冷再生技術在農村公路的應用進行分析則具有重要的意義。白沙路提升改造工程于2020年6月份開工,同年9月份完工通車,工期僅3個月,提升改造速度快,充分利用銑刨料變廢為寶,環保減排,節約造價,先進可行,工程質量得到保證。該項目已運行兩年多,使用狀況良好,改造提升效果達到預期。