浅谈全深式就地冷再生技术在二级公路改造中的应用研究

魏至彬

（甘肃省兰州公路管理局，甘肃　兰州　730000）

浅谈全深式就地冷再生技术在二级公路改造中的应用研究

魏至彬

（甘肃省兰州公路管理局，甘肃兰州730000）

本文通过对省道201线营兰路全深式就地冷再生技术方案设计、室内配合比设计、施工现场质量控制、跟踪观测及后期性能分析评价等方面介绍了全深式就地冷再生技术在路面维修改造中应用研究情况。

再生技术；室内试验；质量控制；跟踪观测；后期性能分析评价

1　概述

全深式就地冷再生技术是采用专用的就地冷再生机，对路面（包括基层）进行现场冷铣刨、破碎，掺入一定比例的新骨料（必要时）、再生结合料（水泥）、水，并通过碾压等工序，一次性实现旧路面再生的技术。该技术不仅可以节约大量的筑路材料，充分利用旧路材料，恢复和提高旧路强度，还有利于缩短工期、节约能源，避免环境污染，降低工程造价。

施工流程如下：施工准备→撒布新加材料→铣刨、拌和→整平→压实→养生及交通管制

1.1项目研究的目的及意义

沥青路面的设计年限通常12～15年，实际上通常使用年限仅5～10年左右，沥青路面就需要大中修维修一次。因此，如何处置每年数千万吨沥青路面废料成为必须要面对和解决的问题。同时重新铺筑沥青路面所需的大量沥青和石料也将是我们面临巨大的资源压力。采用沥青路面再生技术，重复利用旧沥青路面材料，是从根本上解决该问题的有效途径。

1.2国内沥青路面再生技术应用现状

在我国80年代中期，苏州、南京、武汉、天津四城率先对旧沥青路面再生利用技术进行研究试验和推广工作，并取得了可喜的成果。云南省亦在1983-1988年进行了一些再生沥青路面试验研究。这些工作为我国旧沥青路面再生利用提供了宝贵经验，如1992年同济大学在淮阜路采用阳离子乳化沥青进行冷法再生沥青路面试验。1997年江苏淮阴市公路处用乳化沥青冷法再生旧料后铺筑路面，取得了一定效果。

在2007年全国交通工作会议上，交通部部长李盛霖提出：交通发展面临的资源和环境形势日趋严峻，继续沿用传统的增长方式推进交通发展难以为继，必须坚决走出一条资源节约和环境友好的交通发展之路。要大力发展交通循环经济，推进工业废料综合利用、再生资源回收利用，扩大废弃路面材料的回收利用，研发推广能源替代、材料再生等新技术……由此可见，加强研究推广路面再生应用技术，是我国今后公路建设事业中一项十分重要的任务。

按照沥青路面的设计寿命，每10年左右翻修一次，以路面平均宽度22m、翻修厚度10cm计算，10.45万km的高速公路网平均每年将产生接近5000万t的旧混合料，如能加以利用，每年可节省材料费约100亿人民币。否则这些为数巨大的沥青混凝土只能白白的废弃掉，不仅浪费了资源，也会对环境造成严重的污染。因此，我们必须大力推广沥青路面再生应用技术，促进旧路面材料的循环利用。沥青路面再生技术的研究、推广和相关专用设备的开发，对降低建设成本、保护生态环境以及对我们国家的公路建设都有极大的意义。

目前，我国沥青路面再生技术主要有：厂拌热再生、就地热再生、厂拌冷再生、就地冷再生，本文主要介绍全深式就地冷再生技术。

1.3全深式就地冷再生技术在兰州局应用

兰州公路管理局管养354.026km的高速公路，管养876.834km普通国省干线公路。面对10多年未维修改造的国省干线公路，加之经过多年的运营使用，随着交通量及重载车辆的不断增加，大部分路面裂缝、破损、车辙、龟网裂严重，已到了亟需进行大中修工程阶段。然而对于经济欠发达甘肃地区，大量的维修改造工程资金压力非常大，资源匮乏严重，同时传统的维修改造方法产生废旧料对环境污染严重，不能达到旧路面材料的可循环利用，不能满足我国资源可持续发展的要求。面对资金、环境保护、旧路面材料的循环利用等问题，沥青路面再生技术应用研究，成为兰州局今后面临的一项重要的工作任务。

2014年兰州局在S201线马黄段、营兰路进行全深式就地冷再生应用研究10.42km，2015年分别在G312线鸡清段、G312线清和段、G109线河海段、G109线兰包段、S309线甘黄路、G312线河屯路、省道101线马榆段大面积成功应用129.72km，尤其在G312线鸡清项目改造中大规模实施全深式冷再生，全深式就地冷再生底基层全长约75km，为本省今后在二级公路路面维修改造中大面积应用奠定了坚实的基础。

2　全深式就地冷再生在G312　线鸡清路的应用研究

2.1全深式就地冷再生路段简介

G312线项目路线长92.55km，其中主线长90.3km，十八里铺至定西安定区连接线长2.21km，就地冷再生底基层全长约75km。根据施工图设计全深式就地冷再生路段路面结构形式为20cm厚全深式就地冷再生底基层+20cm水泥稳定碎石基层+5cm厚AC-16沥青混凝土+3cm厚AC-13细粒式沥青混凝土。全深式就地冷再生在我局2015年G312线鸡清项目改造中大规模实施，全深式就地冷再生铺筑面积889090m2，全深式冷再生一般作为路面底基层，厚度一般采取20cm，考虑到通车要求，采取半幅施工。

2.2原路面调查

2.2.1交通量分析

该路段车流量相对较大，年平均日交通量为3300辆/d（5100pcu/d）；接近《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）对二级公路的适应交通量（5000～15000辆）要求的下限。

2.2.2原路面调查情况

通过对G312鸡清路原路面平整度、破损率、路面弯沉、钻芯取样等检测分析，该项目路面结构强度整体较差，纵横缝、龟网裂全线分布，路面行驶质量及路面承载能力较低。对于病害路段钻芯取样，由于基层强度不足，无法取出完整芯样；部分路段面层芯样完整，龟网裂严重路段芯样松散。根据弯沉检测结果，路面结构强度随着路面破损状况下降而逐步衰减，弯沉变化大，多数路段为50～80（0.01），路面承载能力相对偏弱，使用性能较差。

3　全深式就地冷再生室内试验

3.1取代表性样品

通常采取挖探坑的形式确定取样段落，确保样品具有代表性。探坑断面应齐平，根据探坑断面判断，如原路面材料级配波动范围小于10%，则每隔1～3km取样进行配合比设计；如波动范围在10%～20%，则在级配变化的两段范围内均取样，然后将样品混合进行配合比设计，如波动范围大于20%，则每段分别取样进行配合比设计。

取样过程中对于原路面的铣刨方式优先采用冷再生机，其次可选择铣刨机和人工取样，通常不建议采用山猫铣刨机进行铣刨取样。取样按照铣刨机行走速度分别为4～5m/min、5～6m/min、6～7m/min三个段落各10m进行，铣刨深度为设计深度。每个段落舍弃两头样品，取中间3m全深范围内样品。

3.2配合比设计

在进行配合比设计时，对于所取RAP铣刨料，首先检测级配、含水量和塑性指数三个指标，确定添加新料规格及数量。RAP料的塑形指数不应超过10。塑形指数大于10的RAP料应采用石灰进行稳定，或用水泥和石灰综合稳定。

S201线营兰路K110+800-K116+220段全深式就地冷再生原材料检验结果如下。

3.2.1水泥

路面底基层冷再生配合比设计中，采用宁夏胜金水泥厂生产的水泥，标号P.O42.5级。

3.2.2铣刨料

冷再生底基层配合比设计中，铣刨料来自G312线鸡清路路面铣刨旧料。

3.2.3击实试验

根据初步选定的合成级配，依据JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行击实试验，试验中采用振动成型的方法成型试件，试验过程中已剔除37.5以上的铣刨料。

本次试验根据以往冷再生配合比经验，水泥剂量拟采用2.0%、3.2%、4.0%、5.0%及6.0%共5组，掺量按照外掺法计算，确定5.0%、6.0%、7.0%、8.0%、9.0%共5组含水率进行每种水泥剂量的击实试验。

3.2.4无侧限抗压强度

依据《公路沥青路面再生技术规范》（JTG F41-2008）二级公路水泥稳定类再生底基层设计强度要求不小于1.5～2.0MPa，结合G312线鸡清路实际情况与设计经验，取2.0MPa。试验中无侧限抗压强度满足要求的水泥剂量为4.0%。

试验结论：结合《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）的相关要求，取7d无侧限抗压强度设计强度Rd取值范围为2.0MPa，对应试验中满足无侧限抗压强度的水泥剂量4.0%，最大干密度为2.131g/cm3，最佳含水量为7.6%，压实度≥97%。考虑到室内试验时原材料、试件成型方法与施工现场采用路拌法施工变异性，路拌法实际采用的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多1%，最后确定施工水泥剂量为5.0%。

4　全深式就地冷再生施工现场质量控制

4.1设备准备

整个施工过程中配套的机械设备见表1。

表1　机械设备配置表

在G312鸡清路全深式冷再生底基层施工过程中，撒布水泥采取水车+水泥浆车+再生机，具体的施工过程如下：

4.2再生前对原路面清理及预处理

清理原道路表面垃圾、杂物等，并对严重路面沉陷进行找平，弯沉异常部位（软基路段）提前进行换填处理。

4.3施工现场布置

每100延米为一个半幅施工单元，依次倒段接续施工，从路面边缘向路中心线方向施工。越过路中心线30cm宽度，作为道路另外半幅施工重叠宽度。半幅施工采用三幅进行施工，每幅重叠10cm宽度。

4.4掺加水泥

直接将水泥与水分别注入水泥浆车中的水泥罐与蓄水罐。根据确定的最大干密度以及水泥剂量设定参数，将水泥浆车与再生机连接即可。再生机先进行铣刨，水泥浆车根据设定的参数进行制浆，通过管道泵入再生机，在再生机内部喷嘴口直接对铣刨料进行喷洒拌合。

半幅路面宽6.0m，200m理论撒布量为25.8t水泥（水泥剂量5.0%），实际水泥浆车中共注入水泥26.0t，撒布量与理论计算一致。现场取样做水泥滴定试验结果符合5%水泥掺量要求。再生机行进速度4～6m/min，每天能完成工作量600m。

水泥浆按水灰比1.5配比直接由电脑控制，配比计量准确，撒布均匀，施工现场环保、整洁，人员使用较少。

4.5铣刨拌合

G312线鸡清路全深式就地冷再生采用维特根WR2500S型冷再生机，最大铣刨宽度2438mm，最大铣刨深度500mm，发动机功率500kw。施工过程中，配备2辆15t洒水车，冷再生路段设专人进行质量控制，随时检查再生深度、水泥含量和含水量。如再生深度超过设计深度±1cm，应查明原因后再继续施工。再生深度的检查以相邻已经再生或原路面为标准，用钢钎刺入土中，测量其刺入深度，看其深度是否合适。检测位置一般以再生机每次下刀的两侧为准，每隔30～50m检测一次。再生机拌合后应及时取样，做EDTA滴定试验，快速（10min内）测定水泥剂量及混合料的均匀性，以确保及时准确地对水泥剂量进行控制。含水量的检测位置一般在再生机第二刀的中间位置进行取样，含水量可控制在最佳含水量的-0.5%～-1.0%，如超出此范围，应配合再生机操作员进行调整。

4.6整形压实

初压：26T羊角碾往采用静压，返采用强振，碾压速度2.5km/h，压实遍数应足以保证再生层底部2/3厚度范围内的压实度达到规定要求，一般为往返强振5～6遍。每次碾压从施工段起点开始，至再生机边缘止，碾压宽度应超过该幅再生宽度。

在完成一个作业段（即120～150m）的再生和初压后，立即用平地机进行整平，用以调整横坡（超高或横坡）。在直线段，平地机由两侧向路中心进行刮平；在平曲线段，平地机由内侧向外侧进行刮平。必要时，再返回刮一遍。整形前，如再生材料表面水分散失严重，可先洒水后再用平地机进行整平。整形过程中，严禁任何车辆通行，并保持无明显的粗细集料离析现象。

复压：26t单钢轮压路机弱振4遍、强振2遍，碾压速度为2km/h；直线段和不设超高的平曲线段，由路肩向路中心碾压，每次重叠1/3轮宽，压完路面全宽时即为一遍。

终压：27t胶轮压路机碾压8～10遍，至表面无轮迹为止，必要时可补水碾压。

4.7接缝处理

纵向接缝：道路宽度11.4m，最小重叠宽度为100mm，一般控制在100～300mm，重叠量按照路面材料越厚、材料粒径越粗。在纵向接缝上，应根据已建再生层的完成时间，改变水的喷入量。纵向接缝的位置应尽量避开慢行、重型车辆的轮迹位置。

横向接缝：只要再生机停机，不论停机时间的长短，均按照横向接缝进行处理，因此要尽量减少停机次数。应严格检查机械，特别是水管排气，气体必须在到达喷洒杆前排除，并注意检查水的喷入量，避免在横向接缝处的过量和不足。在停机处，再生机在此施工时，必须将整个再生机后退至再生过的路段1.5m的距离。再生机开始工作时，操作员应尽快加速到正常的行进速度，禁止再生机以小于2m/min的速度进行施工，如原路面强度过高导致再生机速度无法保证时，要采用预铣刨的方式进行处理。

4.8交通管制及养生

S201线营兰路全深式就地冷再生养生采用透水土工布，养生期不得小于7d，整个养生期内再生层表面保持潮湿状态，养生期内封闭交通，同时设置醒目警示标志，安排专人进行交通疏导，严禁车辆碾压。养生期结束后，应及时将再生层表面清扫干净。

4.9试验检测情况

4.9.1施工现场质量检测情况

施工中经检测平均厚度25.5cm，测定水泥剂量4.9%，测定的压实度为98.6%，含水率7.5%，满足设计及规范要求。

4.9.2路面芯样检测

G312线鸡清路全深式就地冷再生试验段经养生7d后钻芯，芯样完整，厚度分别为23cm、23cm，满足设计及规范要求。

4.9.3无侧限抗压强度

现场从冷再生机拌合后的路段上选取有代表性的混合料进行了无侧限强度试验，依据《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）中表3.3.1规定，试验结果符合《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）中对二级和二级以下公路路面底基层用水泥稳定砂砾所要求的无侧限抗压强度标准值，满足以下强度要求：Rc=2.5MPa≥2.0/（1-1.282× 0.084）=2.2MPa。代表值为：2.2MPa，满足设计及规范要求。

5　经济效益分析

5.1全深式就地冷再生环保效益

在沥青路面改造中，若继续采用传统方式，挖除旧油皮需要新的堆放地点，即要占用土地，而且在堆放过程中受自然环境影响，会对周边土体植被等环境产生较大污染；开采新的天然砂砾，同样破坏周围环境，导致水土流失。全深式就地冷再生技术则避免了上述缺点，具有资源节约、能源节约和环境保护意义。

5.2全深式就地冷再生经济效益

就地冷再生技术能够节约大量的砂石材料，节省工程投资。若按传统的施工方法，按本项目预算计算每平方米需61.34元；而全深式就地冷再生每5.3节能减排效果和社会效益

平方米需35.38元，差额为每25.96元/m2，本项目可共计节约资金2308万元，能够带来较为可观的经济效益。全深式就地冷再生在施工周期中相较传统工艺，减少了挖除旧油皮、挖除旧路面基层，重新铺筑底基层的施工时间，有效缩短施工周期。

经测算，本项目年耗总能量244t标准煤，而不采用全深式就地冷再生技术，本项目年耗总能量约424t标准煤，相对年耗总能量减少180t标准煤。

随着我省公路事业的发展，部分道路已达到了设计年限，在路面的养护和改造过程中将会产生大量的废旧沥青混合料，如何处置每年数千万吨沥青路面废料，是我们必须面对的问题。沥青路面再生技术很好地解决了这个问题，深受建设单位的青睐，而且也减少了砂石材料的开采，节约了大量的资源，解决了废旧料的污染问题，同时也维持了原路面的结构和标高，且没有降低道路标准，再生技术能获得明显的社会效益。

6　结语

S201线营兰路K110+800-K116+220段全深式就地冷再生技术应用研究，施工中各项技术指标满足设计及规范要求，通过后期跟踪观测及效益分析评价，表明该项技术切实可行，且经济效益、社会效益、环境效益明显。全深式就地冷再生技术应用解决了目前省内筑路材料匮乏、养护维修资金短缺困境，S201线营兰路全深式就地冷再生技术成功应用，也为兰州局2015年及今后路面维修改造中大面积应用该项技术奠定了实践基础。

［1］《公路沥青路面再生技术规范》（JTGF41-2008）［S］.

［2］《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）［S］.

［3］《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）［S］.

［4］《公路工程质量检验评定标准》（JTGF20/1-2004）［S］.

［5］《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034—2000）［S］.

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