道路旧材料再生利用方案探讨

牛丹洁

(许昌市公路管理局 许昌 461000)

目前，我国大量公路路龄达到大修年限，传统大修改造方法造成大量的翻挖、铣刨材料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面也是资源的极大浪费，因此，对旧路面材料的再利用已成为道路建设者必须考虑的问题。

本文依托国道311线许襄快速通道大修工程路面结构设计，探讨如何解决材料再生利用问题，寻找一个合理、优化、环保、节能的组合设计。

1 项目基本信息

1.1 项目概况

国道311线襄城界至库庄段大修工程全长13.384 km，原道路技术标准为设计车速80 km/h的二级公路。道路采用沥青混凝土路面，路基宽30 m，主路面宽25 m，双向6车道。受资金限制，本次大修维持原有线形及技术指标，仅对原路病害进行处治，以恢复路面结构强度。

1.2 原路概况

大修路段于1996年建成，2011年进行了大修改造，建成后由平顶山路劲许南公路开发有限公司养护，原路面结构如下。

面层。3 cm细粒式沥青混凝土+4 cm中粒式沥青混凝土。

基层。18 cm水泥稳定碎石+24 cm厚冷再生层。

底基层。15 cm厚石灰土。

垫层。15 cm厚石灰土。

该路段原为收费经营性路段，路面结构基层仅为一层18 cm厚水泥稳定碎石，重载车道承载严重不足，在大修前该路段交通量为37 274辆/d(交通当量)，其中拖挂、特大货、集装箱为20 072辆/d(自然数)，道路长期超负荷，坑槽、沉陷连片，加之近年来环保工作要求，经常洒水冲刷路面，路面长期浸水损害，再经重载交通的反复碾压后，纵横坡受损，路面丧失排水功能，积水直接进入基层，路基长期遭受浸泡。

2 大修改造方案的设计思路

该条道路的路面技术状况区别较大，道路通行状态特征明显。重车方向(即下行方向)路面损坏严重，且多由重载交通超载碾压及长期路面浸水造成，局部路基呈现饱和，坑槽、沉陷严重；轻车方向(即上行方向)路面技术状况略好，主要为面层、基层病害，湿软路基较少，但不排除施工期间因单幅通行造成的病害加剧；部分外侧车道交通量小，路面病害轻微，基层部分尚好。

结合上述情况，本次大修改造对原路病害处治主要分为5个部分:软基处理、基层和底基层冷再生利用、水泥稳定碎石补强层、封层和透层、面层恢复。

1) 软基处理。通过软基处理，对原路面遭受浸泡的饱和石灰土底基层进行处置，局部垫层换填，提高路基的稳定性，防止路基的不均匀沉陷。

2) 基层、底基层冷再生。通过实验尽量采用水泥冷再生技术对原路灰土底基层及水泥稳定碎石基层进行再生利用，作为新路面结构下承层，增强道路承载能力，节约建设成本，减少环境污染。

3) 水泥稳定碎石补强层。对原路基层强度不足现象采用水泥稳定碎石进行补强。

4) 透层、封层：水泥稳定碎石基层上通过粘结透层、封层保障沥青混凝土面层与碎石基层紧密结合，防治路面积水下渗。

5) 面层。通过铺筑改性沥青面层，提高路面防水，同时提供舒适、安全、耐久的行驶平面。

3 大修改造方案

3.1 设计方案

根据JTG D50-2006 《公路沥青路面设计规范》，设计标准轴载采用100 kN的双轮组单轴载，二级公路沥青混凝土路面设计年限为12年，设计使用年限内1个车道上的累计当量轴次为3.13×107，路表设计弯沉值为 20.9(0.01 mm)。公路自然区划分为II5区，土工实验土质多为低液限黏土。综合经济、环保因素，根据需要对所修路段路面结构进行分类[1]。

1) 重车方向(即下行方向)设计将原路结构层挖除，再向下深挖40 cm，利用原路结构层废料进行换填，重新铺筑底基层，利用双层水泥稳定碎石提高承载能力，乳化沥青透层提高碎石整体性，减少水稳碎石反射裂缝，同时采用碎石封层封堵面层水下渗，改性沥青面层提高面层高温、水稳定性，增加面层厚度,具体路面结构见表1。

表1 重车方向设计方案

2) 轻车方向(即上行方向)设计将原路结构层挖除，就地铺筑冷再生底基层改善稳定性，水泥厂拌冷再生进行基层换填以达废料再利用目的，通过水泥稳定碎石补强提高承载能力，乳化沥青透层提高碎石整体性，减少水稳碎石反射裂缝，同时采用碎石封层封堵面层水下渗，改性沥青面层提高面层高温、水稳定性，增加面层厚度。具体路面结构见表2。

表2 轻车方向设计方案表

3) 部分外侧车道设计将原路面层挖除后，对原有基层水泥稳定碎石进行了就地冷再生循环利用，铺筑水泥稳定碎石补强并调平，乳化沥青透层可提高碎石整体性，减少水稳碎石反射裂缝，同步碎石封层封堵面层水下渗，改性沥青面层可提高面层高温、水稳定性，增加面层厚度。具体路面结构见表3。

表3 外车车道设计方案表

3.2 结构层设计

3.2.1沥青混凝土面层

沥青混凝土面层主要起表面保护作用，提供平整、抗滑的路面使用性能，舒适、安全的行车性能，密水、抗变形的结构性能。根据JTG D50-2006 《公路沥青路面设计规范》的有关要求，半刚性基层沥青路面，二级公路沥青层厚度宜为60～12 mm，根据许襄快速通道的实际情况，沥青面层厚度采取9 cm，以保证预期使用性能和使用寿命。

许襄快速通道超载车辆多，按照交通繁重、重载车辆较多的公路进行设计，沥青面层宜选用改性沥青，考虑日后大气污染防治处理措施会使路面经常潮湿，上面层应具有密水、抗滑、耐久等性能，同时为保持行车舒适性，宜采用表面功能较好的AC-13C结构，设计4 cm厚的SBS防水改性沥青材料。下面层主要考虑高温抗车辙及泌水要求，设计5cm厚的AC-16C的SBS防水、热塑性橡胶类抗车辙改性沥青材料。上、下面层之间设改性乳化沥青黏层，以加强层间结合[2]。

因原路面病害严重，沉陷较多，半幅通行后部分路段几近断行，为保障通行能力，原道路沥青混凝土面层铣刨料用于半幅通行时的临时衬垫。

3.2.2橡胶沥青同步碎石封层

项目运营后受大气污染防治因素影响，必然导致面层沥青混合料因冲刷造成空隙率增大，面层向下渗水的病害，采用橡胶沥青同步碎石做下封层，可防止水分渗入基层，达到保护基层的目的，同时将其铺设于基层面上，可防止基层温缩和干缩裂缝反射到路面，从而增强抗裂性能。

3.2.3乳化沥青透层油

透层油的作用：①填补基层表面的细小缝隙，透层油中含有一定量的沥青，下渗后具有填隙的作用；②固结基层表面松散，基层表面细集料松散不可避免，且不能消除，透层油中的沥青具有固结作用；③提高基层表面强度和整体性，基层表面是其整体强度的薄弱环节，透层油对其具有良好的弥补作用；④增加基层和面层的联接，设计透层油能够增强半刚性基层和沥青层面之间的结合作用，使其层间的结合尽可能接近完全连续状态。

因此，乳化沥青透层油不仅具有环保、防止渗透的优点，还可发挥对基层的固结、稳定、联接、防水的作用。

3.2.4水泥稳定碎石基层

该层的主要作用是补强和调平，结合工程规模、投资、进度要求以及管理等方面因素，设计采用水泥稳定碎石，强嵌挤骨架密实型结构，按照DB 41/T864-2013 《公路水泥稳定碎石抗裂设计与施工技术规范》规定，水泥剂量设计为4%。

3.2.5水泥稳定碎石冷再生

该层主要通过对原受损基层强度改善，从而对原路基层水稳碎石进行再利用。结合路段实际情况，为提高再生基层应用效果，设计采取厂拌冷再生处理，对原路面废料进行筛分，添加新骨料，通过实验分析水泥用量及最佳含水量，形成新结构层[3]。

3.2.6水泥石灰土就地冷再生

使用传统换填石灰土施工方法，原路石灰土弃量大，对环境造成污染，并需开采大量新材料的，石灰土就地冷再生可一次性完成铣刨、添加、拌和及摊铺，从而简化施工程序，经济环保的同时可有效缓解国道施工工期紧张的压力。同时考虑节约成本、施工效果等因素，最终确定采用水泥作为再生剂。

由于全部利用了旧的铺层材料，减少了公路维修时旧铺层材料的挖除、运输、废置和部分新材料的购置费用，从而大大降低成本。一般可降低20%～40%[4-5]。

3.2.7原路废料换填垫层

因上层结构受损透水，造成浅层湿软地基需要换填增强承载能力。按照JTG F10—2006 《公路路基施工技术规范》应选用水稳性及透水性好的材料，结合环保及经济因素，设计采用原路基层水泥稳定碎石铣刨料进行换填，通过筛分实验确保填料最小强度及最大粒径满足技术要求。

4 新老路面对比

新路面结构设计较旧路面在经济、环保方面有以下改进：①路面结构层按不同交通荷载进行不同设计，这样一方面保证了承载力，另一方面杜绝了资源的不必要浪费；②结构层采用再生技术，加大了旧材料的回收利用，减少能源消耗和碳排放，具体节能对比见表4[6]；③增加冷再生底基层，一定程度上提高了承载能力。

表4 碎石冷再生与重新铺筑能耗对比表

注：许昌市建设用碎石材料基本为禹州碎石，以平均运距100 km计算，表中为每购进1万t碎石的运输耗能比较。

5 结语

公路大修不同新建，可在实施过程中根据实际情况进行处治方案优化，在符合工期、质量要求的前提下应尽可能循环利用旧路材料，节约建设经费。本文结合许襄快速通道工程，提出的改造设计方案，旨在有效改善道路承载、通行能力的同时尽可能对旧材料进行循环利用，因地制宜，针对不同路段的现状、交通荷载要求分类处置，分段设计方案，进而达到节省资源，减少环境污染的目的。

[1] 许昌华杰勘察设计有限公司.G311线许襄快速通道是公路设计图纸[Z].许昌:许昌华杰勘察设计有限公司,2016.

[2] 秦禄生.法国半刚性基层沥青路面结构设计方法[M].北京.人民交通出版社，2006.

[3] 义启贵.水泥稳定碎石基层就地冷再生技术的应用及经济性研究[J].交通标准化,2011(增刊1):91-95.

[4] 张倩，韦华威，王永兵，等.水泥冷再生灰土实验研究[J].西安建筑科技大学学报，2012(5)：632-636.

[5] 孙建秀,刘黎萍,孙立军,等.早强剂对乳化沥青冷再生混合料早期强度的影响[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2017,41(6):1037-1040.

[6] 付巧云,张学明,李强.沥青路面大修工程中基层材料再生利用技术的探讨[J].交通科技,2006(4):83-85.