半剛性基層就地冷再生技術在高速公路大修中的應用

肖冠成 李思源

(廣東省交通規(guī)劃設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妥善利用施工過程中產生的銑刨料，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。

再生技術經(jīng)過國內外多年的研究和應用，已形成一套比較完善的設計、施工和質量控制體系，有許多可以借鑒的成功案例。與重建維修相比，再生技術改變了路面結構的整體特性，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進行探討。

2 舊路狀況

2.1 原路面結構

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，主線路基段路面結構層厚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公路技術狀況評定標準、JTG H10—2009公路養(yǎng)護技術規(guī)范，對路面損壞狀況指數(shù)、路面結構強度指數(shù)、路面車轍深度、進行檢查并進行技術狀況評定。

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)生結構性破壞；車轍深度指數(shù)RDI主要評定為“優(yōu)”“良”；路面結構強度評定等級為“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)生結構性破壞，產生較多縱向裂縫，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)驗和相關規(guī)范，相比于重建維修方案，再生技術方案應用實施簡單，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方案

根據(jù)鉆芯及現(xiàn)場挖槽結果，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，采用泡沫瀝青作為再生結合料，并摻入1.2%水泥。根據(jù)上述分析，針對路面發(fā)生結構性破壞路段，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，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，為保證維修方案結構耐久性，在再生層位上方設置封層，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要求

3.2.1混合料設計

使用泡沫瀝青作為再生結合料的就地冷再生工藝，泡沫瀝青冷再生混合料設計級配范圍，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，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子速度的組合方案，按設計深度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子速度。

3)進行室內相關配合比實驗。

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，連接相應管路。本項目冷再生施工設備主要包括：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。

啟動施工設備，按照設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。再生機后應安排專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盡量避免輪跡帶，且應保持濕潤便于材料之間結合，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，應及時涂刷隔離油，避免影響施工質量。

2)初壓結束后，采用雙輪壓路機進行復壓，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比最佳含水率大1%～2%。碾壓過程中，再生層表面應始終保持濕潤，如水分蒸發(fā)過快，應及時灑水。

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，可以提前結束養(yǎng)生，養(yǎng)生完成后，在鋪筑上層瀝青層前應鋪設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量控制要求

根據(jù)JTG F41—2008公路瀝青路面再生技術規(guī)范及相關工程經(jīng)驗，施工過程的質量控制項目、頻度和質量標準如表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量控制要求

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

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 結語

本文結合工程實踐，對半剛性基層就地冷再生技術展開深入研究，主要研究內容及結論如下：

1)舊路翻修方案應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預留發(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)維特根冷再生設備經(jīng)過組合具有銑刨、再生、拌和、攤鋪功能，應注意攤鋪、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)基層進行結構性維修。