农村公路环境友好型沥青路面结构的应用探索

张万磊，成相飞

（1.江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 211800；2.南京市浦口区公路管理站，江苏 南京 211800）

农村公路环境友好型沥青路面结构的应用探索

张万磊1，成相飞2

（1.江苏中路工程技术研究院有限公司，江苏 南京 211800；2.南京市浦口区公路管理站，江苏 南京 211800）

结合南京市浦口区农村公路提档升级工程，以浦合线改造工程为例，在对沥青路面典型结构与病害进行调查分析的基础上，确定了现场水泥冷再生和泡沫沥青厂拌冷再生综合再生的处理方式，同时考虑路面抗车辙的要求，将成品橡胶沥青应用到上面层结构中，通过工程的现场实施及后期观测，表明所采用的路面结构方案是合理、可行的，保证了农村公路的建设质量。

农村公路；沥青路面；环境友好；冷再生

1 概述

2003年起，江苏省按国家统一部署，大规模开展农村公路建设，农村公路服务能力、建设质量和管理水平等不断取得新突破。截至2012年底，全省农村公路总里程达到14.05万km，占全省公路总里程的90.8%。

随着农村公路网络的逐步展开，农村经济日益活跃，交通出行需求日渐旺盛，现有大量通村公路条件难以满足安全通行的需要。为切实保障镇村公交、校车以及城乡客运班车等通行安全，进一步保障和改善农村民生， 2013年起，江苏省政府下达了《关于实施农村公路提档升级工程的意见》，计划用6年时间，新改建农村公路3.4万km。

截止2015年底，江苏新一轮农村公路提档升级已完成大半，期间针对农村公路建设面广量大、资金投入紧张的问题，各地在路面结构方面，也是积极探索，有针对性地选择路面结构类型和技术措施。在南京，浦口区从2013年开始率先在农村公路中引用就地冷再生、厂拌冷再生、厂拌热再生及低碳环保材料等一系列新技术、新工艺，较好地完成了工程建设任务，且工程经济环保效益显著。本文结合南京市浦口区农村公路提档升级改造工程，介绍农村公路环境友好型沥青路面结构的应用情况。

2 浦口地区农村公路沥青路面典型结构调查与分析

准确调查与评价原有农村公路路面结构与使用性能是提档升级改造工程成功的基础。对南京市浦口区不同道路等级、不同交通量等路段进行了路面结构调查，并对浦合线改造工程进行了全面的病害调查。

2.1 农村公路沥青路面典型结构调查

调查显示，浦口地区早期修建农村公路常采用18～25 cm二灰碎石基层。近些年，由于粉煤灰质量不稳定，已逐渐用水泥稳定碎石代替，在一些交通量大的道路，其下还有20～30 cm级配碎石，在乡道等一些轻交通量道路，绝大多数基层为20 cm石灰土和泥结碎石。

面层材料一般为6～12 cm沥青混凝土，根据现场调查，超过80%的沥青面层都采用9～12 cm的两层沥青结构路面，其他一些轻交通量的乡道大多使用单层沥青层或沥青贯入式路面。浦口区农村公路典型路面结构如表1所示。

表1 浦口区农村公路路面典型结构

2.2 农村公路路面典型病害及承载力调查

X302浦合线是南京通往合肥的传统出省通道，现状为双向两车道，该路修建年代久，目前部分路段仍承担着较大的运输重任。选取浦口区浦合线（高丽段，全长3.2 km），对其进行全面的病害调查及承载力检测。

根据现场对浦合线路面病害处的调查，路面纵向裂缝、横向裂缝及龟裂大量存在，局部位置伴有沉陷病害。从病害发生的范围、程度来看，局部路段路面裂缝较为严重。通过现场取芯，发现：

（1）取出的面层芯样，大部分完整性较好；

（2） 共有10/14处芯样的基层松散，表明水稳碎石基层强度较低，承载力不足；

（3）所取芯样总厚度平均值为28.1 cm，沥青面层平均厚度为8.4 cm，沥青层厚度普遍偏薄；

（4）从面层底部与基层顶面粘结情况看，绝大部分芯样基层与面层粘结性较差。

最后，对路面承载力检测采用贝克曼梁进行弯沉测试，左幅车道弯沉代表值为64.3（0.01 mm），右幅车道弯沉代表值为87.1（0.01 mm）。总体而言，路面整体承载能力较弱。

3 农村公路路面结构升级改造方案选择（以浦合线改造工程为例）

根据对浦合线（高丽段）的病害调查可知，该路段面层和基层均存在不同程度的病害，承载力不足，且层间粘结较差。根据原设计方案，则是将旧沥青路面和旧结构层全部挖除，然后再重新做基层和面层，但这样不仅工程造价较高、施工工期较长、污染环境、并且需要长时间中断交通。为此，项目管理单位专门组织相关单位，对设计方案进行专题研究、论证，研究老路材料的循环利用及路面的抗车辙等问题［1-3］。

3.1 农村公路路面再生技术适用性分析

路面材料循环利用一直是公路交通行业节能减排工作的重点之一，材料循环利用不仅节约大量的集料、沥青等原材料，而且节约工程造价，有利于处理废料、保护环境等。随着人们对环保、社会效益的关注，以及技术的进步，路面再生利用技术越来越受到行业的重视。几种常用的再生方式如表2所示。

表2 常用再生方式的对比

由表2可见，在各种路面再生技术中，现场冷再生和厂拌冷再生的旧路材料利用率最高，且技术成熟，能够修复路面的结构性病害，最符合农村公路建设的需要。但关于这两项再生技术的应用，则还需要结合路面病害及结构层厚度的情况分别确定。主要考虑的方面有：

（1）基层存在松散、承载力不足等情况，考虑基层铣刨量较大，应优先考虑使用水泥就地冷再生技术；

（2）基层破坏较为严重必须进行修复时，同时存在面层较厚超过10 cm以上的情况，采用全深式再生，再生厚度往往超过了30 cm，无法保证其碾压质量，考虑先铣刨面层料，再对基层进行水泥就地冷再生；

（3）为保证厂拌冷再生级配的稳定，通常选取规模较大的路段进行集中铣刨，厂拌冷再生混合料可作为路面的下面层使用。

3.2 沥青材料的选择

江苏省在橡胶沥青研究、应用方面在国内起步较早，开展了各种橡胶沥青混合料的研究工作，形成了橡胶沥青混合料技术体系。其中断级配橡胶沥青混合料性能良好，各项路用性能指标表现优异，有效地提高了路面的抗车辙能力和抗疲劳性能，在高速公路与干线公路上得到了一定规模的应用。

为了更大范围地推广橡胶沥青的应用，江苏省又开发出了成品橡胶沥青。成品湿法橡胶沥青具有对现场生产干扰小、生产效率高、产品稳定性好等优点，重要的是，橡胶沥青的成本也较SBS改性沥青有所降低，适用的级配范围更广。

浦合线（高丽段）由于部分路段仍承担着较大的运输重任，路面抗车辙性能仍需要重点关注，综合考虑农村公路建设成本和施工的便利，将成品橡胶沥青应用于该项目的沥青面层。

3.3 浦合线（高丽段）改造工程路面结构方案

浦合线（高丽段）路面结构为8～9 cm沥青面层+22～24 cm二灰碎石基层，路面总厚度为32 cm左右。由于路面基层大多不成型，经过对路面改造方案的分析与论证，确定对原路面面层进行铣刨处理后对剩余25 cm基层采用水泥进行现场冷再生，再生后作为道路的基层使用。对铣刨的路面材料，进行（泡沫沥青）厂拌冷再生，作为新道路的下面层，最后在再生完的下面层上加铺4 cmAC-13C混合料，上面层沥青采用成品橡胶沥青。路面改造方案示意如图1所示。

图1 浦合线（高丽段）路面改造方案

改造后的新路全部使用了老路材料，就地冷再生实现了100%基层材料利用，厂拌冷再生实现了70%左右的面层材料再生，具有节约工程造价、施工工期时间短、环保效益好等特点。沥青路面上面层采用了橡胶沥青路面，高温稳定性好。

4 工程应用及路面使用性能观测

4.1 水泥就地冷再生

（1）配合比设计结果

按照文献［4］中T0842—2009振动成型方法进行水泥冷再生配合比设计，混合料设计级配与设计水泥剂量、最大干密度和最佳含水量分别如表3与表4所示。由表可见，设计混合料强度满足文献［5］无机结合料稳定冷再生混合料用作路面基层的无侧限抗压强度（2.5～3 MPa）要求。

表3 水泥冷再生级配设计结果

表4 水泥冷再生配合比设计结果

（2）工程实施

就地冷再生施工的特点是大型机械密集施工和高生产率。对冷再生机械及配套设备要求是有足够的生产能力并且处于良好的工作状态。就地冷再生施工中最重要的就是再生机械的选择，浦合线再生机械选择维特根WR2500S型，该就地再生机是目前使用最为广泛的一种机型，其工作宽度达到2.438 m，最大工作深度可达50 cm，施工过程中可实现添加用水量及再生深度的自动控制。

此外，现场共配备碾压、整形设备3台套，单钢轮压路机、平地机与胶轮压路机各1台。现场铣刨、拌和后，单钢轮压路机紧跟再生机静压1遍，接着强振压实3遍。在完成一个作业段的再生和初压后，立即用平地机整形。平地机整平后，单钢轮压路机再强振2遍，最后，采用胶轮压路机进行收光。

施工期间，同步进行了水泥剂量、混合料级配、含水量、混合料无侧限抗压强度、压实度等检测，各项指标满足施工控制要求。基层养生7 d后，进行完整性取芯，芯样上、下部完整，无松散脱落现象。

4.2 泡沫沥青厂拌冷再生

（1）配合比设计结果［5-9］

配合比设计前分别对所用材料，包括铣刨料（RAP）、新添加集料、水泥、70号道路石油沥青等进行相关试验。道路石油沥青发泡特性试验表明，所用道路石油沥青发泡性能良好，最终选用沥青发泡温度为160 ℃，发泡水量2.0%，膨胀量22，半衰期10.4 s。

矿料设计合成级配与混合料设计结果分别如表5、表6所示。设计的泡沫沥青冷再生混合料性能良好。

表5 泡沫沥青冷再生混合料设计级配

表6 泡沫沥青冷再生混合料设计结果

（2）工程实施

为了进一步利用老路铣刨料，配置了破碎设备，根据铣刨料的尺寸设置了10 mm和20 mm两道筛网，将铣刨料分成10 mm以下细集料部分、10～20 mm粗集料部分和20 mm以上大颗粒部分，对于20 mm以上大颗粒部分进行再次破碎，破碎后的铣刨料经筛网过筛后分成粗细两档，可以得到较好的利用。

泡沫沥青厂拌冷再生拌和采用维特根KMA220型专用设备，配备有泡沫沥青发生装置。现场摊铺与常规沥青路面施工类似，根据情况配备一台或多台摊铺机。本项目压实施工流程为：单钢轮压路机前静后弱振压实1遍、前后弱振1遍—双钢轮压路机前后振动3～4遍—轮胎压路机搓揉6～8遍收光。

施工完成后，项目立即进行封闭养生，待再生层可以取出完整芯样或再生层含水率低于2%时，结束养生。

4.3 使用性能观测

为评价浦合线（高丽段）长期路用性能，对该项目分别进行了路面外观调查和路面完整性调查。

从目前路面外观情况调查来看，浦合线（高丽段）已用两年时间，交通量较大且陡坡、急转路段较多，目前路面使用情况良好，无明显病害。路面完整性调查采取取芯的方式，主要检测芯样的厚度、完整性以及层间粘结情况，浦合线（高丽段）采取随机取芯。从现场情况看，路面取芯随机芯样均完整密实，层间粘结情况良好。

5 结论

本文以南京市浦口区浦合线（高丽段）农村公路改造工程为例，介绍了农村公路升级改造中路面结构方案的选择及实施情况，得出以下主要结论：

（1）根据对浦口区农村公路的路面结构调查，浦口地区农村公路多采用18～25 cm二灰碎石基层，面层材料一般为6～12 cm沥青混凝土。

（2）针对浦合线（高丽段）存在不同程度的破坏、承载力不足等问题，对路面适宜的再生技术进行了分析，并确定了现场水泥冷再生和（泡沫沥青）厂拌冷再生两种综合再生的处理方式。改造后的新路全部使用了老路材料，该方案具有节约工程造价、施工工期时间短、环保效益好等特点。

（3）考虑到浦合线（高丽段）部分路段仍承担着较大的运输重任，路面抗车辙性能需要重点关注，将成品橡胶沥青应用到项目的沥青上面层。

（4）为评价浦合线（高丽段）长期路用性能，对该项目进行了路况调查与取芯评价。从路面外观调查情况来看，项目已使用两年时间，交通量较大且陡坡、急转路段较多，目前路面使用情况良好，无明显病害。通过现场随机取芯，路面取芯芯样均完整密实，层间粘结情况良好，表明采用的路面结构方案是合理的，保证了农村公路的建设质量。

［1］江苏省人民政府.关于实施农村公路提档升级工程的意见（苏政发［2013］27号）［R］. 2013.

［2］江苏东南交通工程试验检测有限公司.农村公路沥青路面再生技术体系研究［R］. 2015.

［3］JTG E60—2008公路路基路面现场测试规程［S］.

［4］JTG E51—2009公路工程无机结合料稳定材料试验规程［S］.

［5］JTG F41—2008公路沥青路面再生技术规范［S］.

［6］李强，马松林，王鹏飞.水泥稳定废旧沥青路面材料路用性能试验研究［J］.公路交通科技，2004，21（5）：25-28

［7］曹翠星，何桂平，韩海峰.泡沫沥青及其混合料的研究现状［J］.石油沥青，2003（2）：54-59.

［8］DH Chen，F Hugo. Comparison of Two Pavement Rehabilitation Strategies［J］. Journal of Transportation Engineer，2001，127（1）：47-58.

［9］ CT Jahren，BJ Ellsworth. Constructability Test for Cold In-Place Asphalt Recycling［J］. Journal of Construction Engineering & Management，1999，125（5）：325-329.

Explore on Application of Environmentally Friendly Asphalt Pavement Structure for Rural Highway

Zhang Wanlei1, Cheng Xiangfei2
（1. Jiangsu Sinoroad Engineering Research Institute Co，LTD，Nanjing 211800, China; 2. Nanjing Pukou District Highway Management Station，Nanjing 211800, China）

According to rural road upgrade project of Pukou District of Nanjing, taking Puhe line reconstruction project as an example, typical structure and the damage of the asphalt pavement, and confirmed the treatment method of the cement cold regeneration and the cold recycling of the foamed asphalt plant. Considering the requirements of anti-rutting asphalt pavement, factory rubber asphalt was applied to upper layer structure. The implementation and post project on-site observation showed that the pavement structure scheme was reasonable and feasible, which could ensure the construction quality of rural highway.

rural road; asphalt pavement; environmentally friendly; cold recycling

U416.217

A

1672-9889（2016）06-0026-04

2016-06-28）

张万磊（1983-），男，江苏赣榆人，工程师，主要从事沥青路面科研、技术服务和试验检测工作。