冷再生技術(shù)在公路大修中的應(yīng)用及其技術(shù)效益

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我國公路建設(shè)事業(yè)迅速發(fā)展，道路通車?yán)锍讨鹉暝黾?，在大自然和行車的作用下，特別是近年來超載愈演愈烈，加速了道路的各種病害，大大縮短了維修養(yǎng)護(hù)的間隔時(shí)間，道路養(yǎng)護(hù)、改造任務(wù)也越來越重。以往傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方法在舊路面破損、基層強(qiáng)度不足，需補(bǔ)強(qiáng)改善時(shí)，是將舊瀝青路面和舊結(jié)構(gòu)層全部挖除，然后再重新做基層和面層，這樣不僅工程造價(jià)較高、施工工期較長、污染環(huán)境、并且需要長時(shí)間中斷交通，給行使車輛和行人的通行帶來極大的不便。為解決現(xiàn)有傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)改建施工中存在的實(shí)際問題，國內(nèi)外同行經(jīng)過多年的研究實(shí)踐，使公路養(yǎng)護(hù)改建工作發(fā)生了重大變革，摒棄了傳統(tǒng)工藝，采用先進(jìn)的就地冷再生技術(shù)，為公路改擴(kuò)建及日常養(yǎng)護(hù)工作開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。

　　1 基層現(xiàn)場冷再生技術(shù)原理

　　冷再生技術(shù)是采用一次性粉碎法，將路面混合料在原路面上就地銑刨、翻挖、破碎，再摻人一定數(shù)量、符合標(biāo)準(zhǔn)的再生劑、水泥、水（或加入乳化瀝青）和骨料，按設(shè)定的厚度，用冷再生機(jī)進(jìn)行處理后，經(jīng)整形、碾壓和后期養(yǎng)生，使其達(dá)到設(shè)計(jì)路基結(jié)構(gòu)層技術(shù)要求的一種施工工藝。國外應(yīng)用實(shí)踐證明，基層再生技術(shù)是公路建設(shè)和養(yǎng)護(hù)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，在我國同樣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　2 工程概況

　　老鄭龍路改造工程位于衡水市，起于故城縣城，止于景縣龍華鎮(zhèn)路線長13.5km。項(xiàng)目的路面結(jié)構(gòu)中下面層采用瀝青冷再生技術(shù)。路面結(jié)構(gòu)為：5cmAC-16C細(xì)粒式改性瀝青混凝土面層、18cm冷再生中下面層，基層直接利用舊路基層。而在施工圖設(shè)計(jì)階段，路面結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)工藝，即將舊瀝青混合料廢棄掉，重新鋪筑新的路面；后來經(jīng)設(shè)計(jì)變更，改為采用水泥現(xiàn)場冷再生技術(shù)，結(jié)構(gòu)層也作了改變。

　　3 施工準(zhǔn)備

　　3.1 舊路結(jié)構(gòu)狀況調(diào)查

　　瀝青混凝土舊路路面冷再生是利用舊路瀝青混凝土及上基層（石灰土）經(jīng)破碎加入水泥均勻拌和，在最佳含水量條件下碾壓獲得的半剛性結(jié)構(gòu)。[1]對舊路進(jìn)行彎沉檢測，每車道1km檢測40～50個(gè)點(diǎn)，詳細(xì)了解舊路承載能力。[2]對舊路結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行現(xiàn)場冷再生破碎取樣，確定舊路瀝青層的厚度、基層材料及基層厚度等，掌握結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；在實(shí)驗(yàn)室做級配和配合比試驗(yàn)，并確定不同配合比的最大干密度（重型擊實(shí)）和最佳含水量，取點(diǎn)頻率為1km取3點(diǎn)。[3]對舊路結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行土質(zhì)分析后，確定添加劑為32.5級路用普通硅酸鹽水泥。

　　3.2 機(jī)具準(zhǔn)備

　　工程開工前，應(yīng)保證設(shè)備機(jī)具完好并滿足施工需要，主要設(shè)備有：冷再生機(jī)、平地機(jī)、灑水車、運(yùn)送水泥汽車、振動(dòng)壓路機(jī)、膠輪壓路機(jī)、三輪壓路機(jī)、推土機(jī)等。

　　3.3 材料要求

　?。?）經(jīng)破碎舊路面瀝青混凝土面層及上基層獲得的混合料作為冷再生結(jié)構(gòu)的骨料及填充料，大于5mm的骨料質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在40%～75%之間，否則應(yīng)采取增加骨料或填充料的措施。

　?。?）水泥采用強(qiáng)度等級為32.5級的路用普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間4h以上和終凝時(shí)間較長（宜在6h以上）的水泥，建議采用緩凝“大壩牌”水泥。

　?。?）水采用不含有害物質(zhì)的水或飲用水。

　　3.4 級配和配合比

　?。?）對取好的混合料由實(shí)驗(yàn)人員編號后篩分，確認(rèn)混合料的實(shí)際級配。

　　（2）抗壓強(qiáng)度：根據(jù)級配對每一編號試塊在實(shí)驗(yàn)室按含水泥量（質(zhì)量比）5%，6%，7%試配獲取三種水泥含量的最大干密度和最佳含水量，并在規(guī)定溫度下，試件保濕養(yǎng)生6d，浸水24h后，按《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)獲取7d標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果最終確定設(shè)計(jì)添加水泥量。

　　4 施工方案與施工工藝

　　就我國北方地區(qū)道路結(jié)構(gòu)來講，以水泥作為添加料對瀝青混凝土路面進(jìn)行就地冷再生是最常用的一種方案，水泥的通常用量按重量計(jì)在3%～7%之間比較合適。

　　冷再生為新工藝，施工經(jīng)驗(yàn)相對較少，為確保工程質(zhì)量，先期進(jìn)行了300米的試驗(yàn)路段，通過舊路材料篩分、擊實(shí)試驗(yàn)，確定各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，最后明確其主要施工工藝如下：

　　4.1 舊路面破碎拌和

　　舊路面再生采用Wirtgen2500冷拌再生機(jī)，該機(jī)最大工作寬度為250cm，最大拌和深度40cm，能保證連續(xù)拌和，具有很高的生產(chǎn)率，能精確控制鋪筑厚度。工作深度一旦確定，則轉(zhuǎn)子的切削深度將由傳感器及控制系統(tǒng)保證，從而獲得精確的冷再生厚度；可半封閉施工，改善交通中斷狀況及施工安全。為避免出現(xiàn)條梗，相鄰兩幅重疊20cm～30cm。工作時(shí)，冷再生機(jī)需一輛灑水車搭配保證拌和用水，拌和過程按10%含水量加水，隨拌隨檢查含水量，拌和行進(jìn)速度8m～0m/min，有專人隨時(shí)跟機(jī)檢測拌和深度，確保拌合料含水量及拌合層厚度。破碎拌和后，經(jīng)篩分大顆粒內(nèi)如顆粒團(tuán)過多，可用再生機(jī)或路拌機(jī)加拌一次，水分不足路段，加拌前及時(shí)補(bǔ)灑水，保證再生混合料的穩(wěn)定性。

　　4.2 路面混合料分析

　　拌和后的舊料分析包括舊料的篩分結(jié)果，最佳含水量，最大干密度以及松鋪量的確定，作業(yè)段合理長度確定。實(shí)驗(yàn)室從現(xiàn)場均衡取料，通過對拌合料的篩分，通過多次擊實(shí)試驗(yàn)，確定粒料的最大干密度為2.25g/cm3，最佳含水量為9.5%，松鋪厚度為1.33。通過冷再生的延遲時(shí)間對強(qiáng)度的影響試驗(yàn)，確定延遲時(shí)間為4h。施工中，嚴(yán)格控制從加水泥開始拌和到碾壓完成的時(shí)間在4h內(nèi)完成，通過試驗(yàn)段確定工作段的合理長度為160m。

　　4.3 破碎后的舊路整形

　　整幅路段拌和完成后，用平地機(jī)初步整平，再用震動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓二遍，測量人員根據(jù)設(shè)計(jì)縱斷高程和橫坡度，每10米為一斷面分左中右及1/4處五個(gè)點(diǎn)測出高程，按1.33的松鋪系數(shù)，人工找出基準(zhǔn)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)點(diǎn)用石灰連成線，高程不足時(shí)及時(shí)用平地機(jī)刮平。通過舊路整形達(dá)到“調(diào)坡”、“調(diào)拱”的目的，且保證平整度。

　　4.4 施工工藝與注意事項(xiàng)

　　攤鋪水泥采用方格網(wǎng)法，水泥劑量按4%控制，為25t/1000m。具體操作方法是根據(jù)冷再生層的寬度，確定擺放水泥的行數(shù)和間距，劃出方格網(wǎng)，人丁攤勻水泥。

　　冷再生機(jī)對原路面進(jìn)行舊路材料和水泥充分加水拌和，有關(guān)試驗(yàn)人員應(yīng)立即現(xiàn)場檢測含水量，使冷再生的含水量比最佳含水量高出1%～2%，以滿足水泥水化作用的需要，同時(shí)彌補(bǔ)碾壓過程中含水量的損失。拌和時(shí)再生機(jī)行走速度控制在6m/min。水車在冷再生機(jī)前面用水帶與之相連并同步進(jìn)行，為冷再生機(jī)加水。水車與冷再生機(jī)連接拆卸與安裝選在每一施工段起點(diǎn)進(jìn)行。

　　冷再生混合料拌和均勻后，用YZ14振動(dòng)壓路機(jī)排壓一遍，速度控制在3km/h。排壓過程中若發(fā)現(xiàn)含水量不均勻或不平處，應(yīng)將補(bǔ)料連同其下層混合料一起翻松10em，刮平后再壓實(shí)，經(jīng)過排壓之后，用平地機(jī)按設(shè)計(jì)高程整平至符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

　?。?）碾壓組合：碾壓遵循先輕后重，先慢后快的原則，先用YZ14振動(dòng)壓路機(jī)穩(wěn)壓一遍，YZ18振動(dòng)壓路機(jī)壓四到五遍，三輪壓路機(jī)靜壓兩遍，20t胎壓路機(jī)壓兩遍。碾壓時(shí)注意錯(cuò)軸寬度，并由路邊向路中心依次碾壓，終壓之后；冷再生層應(yīng)平整光滑，表面有水漿滲出，注意終壓完成時(shí)間不能超過水泥終凝時(shí)間。碾壓完成后灌砂法測定壓實(shí)度，保證密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。

　?。?）施工時(shí)間控制：試驗(yàn)段施工過程中冷再生機(jī)平均速變?yōu)?m/min。施工過程中應(yīng)盡量減少無故停機(jī)時(shí)間和刮平時(shí)間，確?？傮w上每一段落施工時(shí)間在4.5小時(shí)以內(nèi)。

　?。?）養(yǎng)生：碾壓成形四小時(shí)后（視氣溫情況），可以用潮濕的帆布和其他合適的潮濕材料覆蓋。在整個(gè)養(yǎng)生期間，都應(yīng)保持覆蓋材料處于潮濕狀態(tài)。也可用水車在冷再生層上直接淋水養(yǎng)護(hù)。在七天內(nèi)禁止放行交通，全天候養(yǎng)生，始終保持表面濕潤。

　　5 質(zhì)量控制與檢測

　　由于冷再生基層屬于新的結(jié)構(gòu)形式，在《質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》中沒有相應(yīng)的檢測項(xiàng)目和檢測指標(biāo)[2-3]，施工過程中在收集和分析大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了主要檢測項(xiàng)目與檢測方法：

　　5.1 銑刨深度：再生機(jī)行進(jìn)過程中，通過計(jì)算機(jī)按照設(shè)計(jì)深度進(jìn)行銑刨，根據(jù)不同路況人工隨時(shí)量取銑刨深度，看是否滿足要求；

　　5.2 橫坡、縱斷高程：初壓后，利用水準(zhǔn)儀按松鋪2cm、每20米測1個(gè)斷面（3個(gè)點(diǎn)）控制平地機(jī)工作，橫坡偏差為±0.3%，中線高程偏差+5、-10mm；

　　5.3 壓實(shí)度：終壓完畢后，用灌砂法按《公路工程質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)》附錄B檢查，一般每100米1處；

　　5.4 平整度：終壓完畢后，采用三米直尺每100米隨機(jī)量測一處10尺，允許偏差≤8mm；

　　5.5 七天無側(cè)限抗壓強(qiáng)度：水泥及水的計(jì)量通過水泥稀漿車計(jì)算機(jī)控制。每工作班制備1組試件，試件六天灑水養(yǎng)生，一天浸水養(yǎng)生，測定抗壓強(qiáng)度。一般強(qiáng)度可達(dá)2.8～3.1MPa（按水泥添加劑5.0%計(jì)量）；

　　5.6 彎沉值：半剛性基層施工完畢、不間斷灑水養(yǎng)生七天后，采用貝克曼梁法對行車道和超車道按每20米一點(diǎn)進(jìn)行測量。再生后彎沉值一般可比原路面提高60%左右。

　　6 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

　　原設(shè)計(jì)方案是將舊瀝青混凝土路面和基層全部挖除，然后再重新做基層和面層。這種技術(shù)方案不僅造價(jià)高，工期長，會(huì)產(chǎn)生大量銑刨材料，浪費(fèi)資源，污染環(huán)境，而且需長時(shí)間中斷交通，社會(huì)影響差。

　　實(shí)施方案中采用水泥現(xiàn)場冷再生技術(shù)，該技術(shù)是利用公路原路基做基層，將舊瀝青砼路面按方格人工攤鋪水泥，經(jīng)過冷再生工藝后作為路面的中下面層，然后再鋪瀝青砼上面層。該技術(shù)不僅可以很好地解決原路段的病害，使其在功能上得到恢復(fù)，結(jié)構(gòu)上得到補(bǔ)強(qiáng)，而且公路舊料全部得到利用，減少了資源的過度消耗，降低了造價(jià)，同時(shí)對交通干擾也小。

　　6.1 方案費(fèi)用

　　6.1.1 路面結(jié)構(gòu)形式

　　原設(shè)計(jì)方案：挖除、棄運(yùn)舊瀝青路面，4cmAK-13C細(xì)粒式改性瀝青混凝土上面層，6cmAC-20I中粒式瀝青混凝土中面層，6cmAC-25I粗粒式瀝青混凝土下面層，32cm 水泥穩(wěn)定碎石基層，18cm 水泥穩(wěn)定碎石底基層。實(shí)施方案：5cmAC-16C細(xì)粒式瀝青混凝土上面層，18cm冷再生中下面層（含銑刨、攤鋪、碾壓），瀝青下封層，基層為原路面基層直接利用，不需處理。

　　6.1.2 費(fèi)用對比

　　原設(shè)計(jì)方案細(xì)目名稱費(fèi)用：挖除、棄運(yùn)舊瀝青路面：45 761元

　　4cmAK-13C細(xì)粒式改性瀝青砼上面層：396 532元

　　6cmAC-20I中粒式瀝青砼中面層：353 280元

　　6cmAC-25I粗粒式瀝青砼下面層：308 674元

　　32cm 水泥穩(wěn)定碎石基層：496 873元

　　18cm 水泥穩(wěn)定碎石底基層：250 841元

　　合計(jì)：1 851 961元

　　實(shí)施方案細(xì)目名稱費(fèi)用：

　　5cmAC-16C細(xì)粒式瀝青砼上面層：419 143元

　　18cm水泥冷再生中下面層：354 954元

　　瀝青下封層：107 272元

　　合計(jì)：881 369元

　　由以上方案費(fèi)用對比表可清晰反映，實(shí)施方案由于直接利用舊路基層、底基層，既減少了挖除和運(yùn)輸舊路廢料的費(fèi)用，也無需花費(fèi)重新鋪基層、底基層的費(fèi)用，冷再生作中下面層，含銑刨、攤鋪、碾壓一系列費(fèi)用，再在其上加一層5cm細(xì)粒式瀝青砼上面層做罩面即可開放交通，工序簡單，費(fèi)用節(jié)省近50%，其經(jīng)濟(jì)性是非常具有吸引力的。

　　7 環(huán)境保護(hù)

　　公路事業(yè)的迅猛發(fā)展，也使各種天然筑路材料已日漸匱乏，而且在過量的開采筑路材料的同時(shí)，我們的生態(tài)環(huán)境也遭到了嚴(yán)重的破壞。對于城市道路維修，其清除的舊路材料也同樣嚴(yán)重的影響了周圍的環(huán)境，所以充分利用舊路材料進(jìn)行舊路維修，是一種在保護(hù)環(huán)境的前提下，又大量地節(jié)約了工程費(fèi)用。

　　綜上所述，冷再生作為一種新興的施工技術(shù)，在我國公路事業(yè)飛速發(fā)展的今天，將會(huì)以其獨(dú)特的施工工藝、特點(diǎn)、牢固立足于公路施工工藝的競爭行列之中。與傳統(tǒng)筑路方法相比，“就地冷再生技術(shù)”可縮短工期、提高作業(yè)效率，完全利用廢舊材料，大大節(jié)省施工成本，對交通的干擾最小。老鄭龍路冷再生新技術(shù)為舊路更新改造探索了新途徑，積累了新經(jīng)驗(yàn)。