石灰为稳定剂的就地冷再生基层应用研究

田小革，祝海折

(长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410014)

1 工程概况

国道109线橡皮山段黑马河至大水桥段(k2176+000～k2216+000)，自2001年建成通车以来，担负着繁重的交通运输任务，创造了良好的社会效益。近年来，重载、超载车辆交通量迅速增长，加之青藏铁路修建时大批运输重载车辆的经过，同时该地区降雨量逐年递增，在一定程度上加快了路面的早期破坏，大大降低了路面的使用寿命。

原路面结构层为4 cm改性沥青混凝土+15 cm水泥稳定砂砾+9～39 cm天然砂砾。该路段的主要病害通过分析可以发现:①各种病害均不同程度地有所产生，其中网裂、纵横向裂缝、坑槽及沉陷、抗滑性差病害尤为严重。经统计分析，路面每百米裂缝率最高达到40.38%。裂缝率大于10%的路段已占总里程的6%。车辙超过5 cm深度的已占总里程的31%。路面抗滑性能很差，摆值(BPN)最小值为26。②路面结构强度状况不佳，弯沉代表值为77(0.01 mm)，路面结构强度处于中级以下的已占总里程的26.6%。③铣刨面层和基层后，在其表面用承载板测其顶面回弹模量，平均值为68 MPa。

2 石灰为稳定剂冷再生基层强度形成机理

将破碎的旧沥青混合料和旧水稳基层作为再生基层的骨料使用，再添加部分新骨料用于改善级配。为了满足基层的技术性能要求，在旧混合料中加入一定量的石灰稳定剂和水，经过拌合、碾压成型和养生后，可以形成跟石灰稳定类材料类似的基层。石灰为稳定剂的冷再生混合料，在压实成型后，系由固相(固体石灰、旧水稳集料、裹覆沥青的集料)、液相(水溶液)和气相(空气)三相组成。三相之间经过复杂的物理化学变化，形成强度以满足其路用性能要求。

3 冷再生混合料配合比设计

3.1 旧路面结构层材料组成分析

选择现场具有代表性路段进行铣刨，对铣刨后的混合料进行抽提筛分，检查旧混合料级配是否满足设计要求，如果级配不符合设计要求，应调整路面再生机的行进速度和转子速度，必要时再添加新的骨料进行改善。分别对5个标段的旧混合料进行筛分，筛分结果见表1。

从抽提试验筛分结果可以看出，混合料中粗颗粒含量偏少，而细颗粒含量较多。这是由于面层中的骨料在长期行车荷载作用下，逐渐被压碎造成的。必须添加新的粗集料才能满足设计的级配要求。

3.2 掺加材料性质

3.2.1 石灰稳定剂

本次试验采用的石灰为Ⅱ级钙质消石灰，其部分技术指标如表2所示。

3.2.2 碎砾石

掺配所用碎砾石采用河卵石进行破碎，粒径为5～40 mm，筛分结果如表3。

3.3 掺配后冷再生混合料的组成

冷再生混合料由原沥青混凝土路面(4 cm)、原水泥稳定基层(15 cm)、碎砾石、石灰及水组成，再生结构层为原沥青混凝土路面和原水泥稳定基层，

表1 各标段旧混合料的级配

表2 石灰技术指标 %

表3 碎砾石筛分结果

根据试验确定掺的碎砾石量，使其再生混合料的级配符合基层级配要求。基层掺配试验结果如表4、表5。

表4 掺配后各标段的级配

表5 各标段碎砾石掺配表

3.4 最佳含水量及最大干密度确定

冷再生混合料的最大干密度和最佳含水量是通过标准击实试验确定的，对掺配好的混合料在预估的最佳含水量附近选择5～6个不同的含水量制备试样，击实完毕后用烘干法测定试件的真实含水量，并计算干密度。根据击实试验数据得出含水量—干密度曲线，确定混合料的最佳含水量和最大干密度。

经现场取样进行击实试验确定各路段最佳含水量及最大干密度，并且在确定的最佳含水量和最佳水泥剂量下成型试件，进行强度试验。试验结果如表6、表7。

4 铺筑试验段

4.1 试验段各项参数的确定

现场选取k2176+000～k2177+900为冷再生试验段，根据试验室试验数据确定该路段各项参数如表8。

严格按照冷再生施工工艺进行试验路段的铺筑，现场严格按试验确定的掺配量进行计量控制。

表6 各路段最佳含水量及最大干密度结果

表7 各标段无侧限抗压强度

表8 试验段技术参数

4.2 试验路主要技术指标的检测与分析

试验路铺筑完毕，对路基进行了一些路用指标的检测，具体包括:压实度和平整度检测，养生7 d后无侧限抗压强度检测，其检测结果分别见表9、表10和表11。

表9 基层压实度抽检结果

表10 基层平整度抽检结果

表11 基层钻芯取样抽检结果

通过对再生基层的钻芯取样，其芯样完整、密实，且厚度均达到设计要求。从检测数据看，再生后的压实度、平整度和强度均达到设计指标，满足基层的总体技术要求。

5 经济和社会效益分析

就地冷再生技术简化了施工工序、节约原材料、缩短工期、保护环境等，同时带来了巨大的经济效益和社会效益。

5.1 经济效益

5.1.1 工程造价

通过对国道109线橡皮山段黑马河至大水桥段(k2176+000～k2216+000)的经济评价，可以发现冷再生方案要比传统的挖出除重建方案节约工程造价约27%。表12以10 000 m2、20 cm厚为基准，对比了该项目采用冷再生方案与传统挖除重建方案各施工项目的工程造价，两个方案施工完成后道路结构相同，在经济比较中不考虑造价相同的项目(如路面、路肩、交通工程设施等)。

5.1.2 工期

就地冷再生技术节约砂石材料，降低了工程造价，并且简化了施工工序，免除了挖除重建时的挖出、运输、重新摊铺混合料等工序，因此大大的缩短施工工期。随着大型冷再生机的不断采用，施工效率越来越高，经济效益就越明显。结合国道109线橡皮山段黑马河至大水桥段(k2176+000～k2216+000)的工程实际，使用详细分析后的综合数据，表13中对完成100 000 m2工程冷再生方案和挖除重建方案进行了对比，结果表明，采用冷再生方案能够缩短工期51 d，同时在施工时还可以不中断交通，提高了综合运输效益和社会效益。

表12 冷再生方案与挖除重建方案造价对比 万元

表13 冷再生方案与挖除重建方案工期对比d

5.2 社会效益分析

冷再生技术不仅具有良好的经济效益，而且具有较好的社会效益及环保效益，尤其是在资源匮乏、生态脆弱的青海及西北地区这些优点更加突出。

1)充分利用废旧路面材料，减少砂石料及片石的开采，节约了资源，保护了植被及生态;

2)冷再生技术节约了投资，维修的路面快捷，提高了公路的路用性能，保证了行车安全;

3)与热再生技术相比，节约能源、保护环境的同时也减少了对施工人员的危害。

综上所述，冷再生技术的推广所具有的社会和环境效益，从某种意义上来说，甚至比直接的经济效益更大。

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