就地冷再生基层技术在公路改建中的应用

林海成

摘 要：随着公路旧路改造任务的加重，沥青路面基层就地冷再生技术越来越多地应用于旧路改建和养护中，也受到了公路建设管理部门的高度重视。冷再生技术具有施工工序简单，可不中断交通，不易破坏路基，又能提高路况等级，同时可降低工程成本，使工程效率大幅度提高。更主要的是它能将所有原旧路材料全部利用，保护环境和资源，符合国家“节能、环保可持续发展的战略”，被称为“绿色施工技术”。本文就该项技术在公路改建项目中的应用，从适用范围、优缺点、技术原理、施工工艺、社会经济效益方面进行阐述。

关键词：公路改建 冷再生 应用 设计

中图分类号：U418.8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（b）-0048-03

1 “冷再生”技术简介

沥青路面基层就地冷再生是指利用旧沥青路面材料以及部分基层材料进行现场破碎加工，并根据级配加入一定量的新骨料和细集料，同时加入一定量的添加剂和适量的水，根据试验确定最佳配合比，在自然的环境温度下连续完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺、压实、养护成型的作业过程，重新形成基层、底基层的一种工艺方法。

2 适用范围

适用于旧沥青路面，旧沥青面层不宜超过5cm；基层为级配砂砾或碎石、无机稳定混合料（砂石），层厚在30cm以上。

3 冷再生应用概况

3.1 泾隆公路项目冷再生应用概况

（1）项目概况。

泾隆公路起点K0+000位于泾源县城北环路与西苑路交叉路口，路线横穿六盘山自然保护区，终点位于隆德县山河镇接隆庄公路K14+234.49处，项目总长28km。

旧路为三级公路，属县道，沥青路面，最后一次改建于2000年，由于服役期较长，路况状况较差，因此进行改建。

本项目按双向两车道三级公路整体式路基进行设计，设计速度选定为30km/h。路基宽度7.5m，路面宽度6.5m。

旧路K4+600～K27+206.69段：K4+600～K8+050段路基宽度7.5m，路面宽度6.5m；K8+050～K27+206.69段路基宽度7.5m，路面宽度6.0m。

根据现场钻芯显示，K4+700～K27+206.69段旧路面层为3～5cm沥青表处，部分路段后期养护罩面3cm，基层为15～20cm水泥石灰综合稳定砂砾基层，底基层为18～22cm天然砂砾，取芯过程中面层与基层大部分芯样断裂、松散、碎散，坑壁粗糙。旧路弯沉为172.5～234.5（0.01mm），局部段落可达287.9、420.4（0.01mm）。从路面表层上观测，旧路大部分路段路基路面较平整，无明显坑槽及沥青剥落情况。部分路段出现的病害主要有翻浆、沉陷、边坡滑塌，须要处理。

（2）路面设计。

项目地处六盘山南麓，区域内阴湿多雨，年平均降水量745.4mm，地下水位高，路基干湿类型按中湿考虑。

K4+750～K27+206.69段根据弯沉资料、沿线土质、现场踏勘及设计经验综合考虑确定土基模量为42.0MPa。

由于K4+750～K27+206.69段旧路路基宽度只有7.5m，路面改建应首先考虑以提高结构层为宜，不宜下挖，但路基一侧临沟、一侧紧靠陡崖，纵断面无法较大提高，综合考虑，在设置了90处挡土墙后，保证纵断面提高了24cm。路面方案可选择新建底基层和冷再生底基层两种方案。

经过经济比较，冷再生底基层方案造价较低；另外，项目地处六盘山地区，区域内阴湿多雨，设计时考虑到路床长期处于中湿状态，结合旧路弯沉及钻芯情况，为增长道路使用寿命，挖除旧路面产生的废料对环境不利，最终将部分路段的底基层设计为就地冷再生结构。

最终确定路面结构方案如下：

①新建路面结构（长11.706km）。

面层：4cm细粒式沥青混凝土；

基层：20cm水泥稳定碎石或砂砾；

底基层：21cm级配砂砾；

路面总厚度：45cm。

②稳定土就地冷再生底基層路面结构（长10.745km）。

面层：4cm细粒式沥青混凝土；

基层：20cm水泥稳定碎石或砂砾；

底基层：21cm稳定土就地冷再生底基层；

路面总厚度：45cm。

泾隆公路“冷再生”底基层铺筑面积为82387m2，相比节约造价561.12万元，占总造价的4.4%。

（3）路面结构方案设计。

共计10.745km/14段设计为就地冷再生底基层。经铣刨、试验旧路材料级配不良，设计中考虑增加碎石，进行掺配，根据筛分等试验，确定其掺配比例为旧路面材料：掺配5～10mm碎石=85%：15%，施工要求水泥稳定砂砾7天浸水抗压强度90%概率值不小于2.0MPa，施工时要求增加0.5%的水泥剂量。

根据级配设计结果，分别按4.0%、4.5%和5.0%的水泥剂量进行试验，最终选用4.5%的水泥剂量进行配合比设计。

（4）施工检测结果。

Ⅰ合同段水泥稳定冷再生底基层配合比，旧路面材料：碎石（5～10mm）=85∶15；最大干密度为2.262g/cm3，最佳含水量为5.2%，无侧限抗压强度：水泥剂量5.5%时为3.1MPa，水泥剂量6.0%时为3.7MPa。顶面弯沉实测弯沉为97.7～98.9（0.01mm）之间，均小于设计弯沉值192.3（0.01mm）。底基层芯样完整，坑壁光滑，满足要求。

Ⅱ合同段水泥稳定冷再生底基层配合比，旧路面材料：碎石（9.5～19mm）=85∶15；水泥：集料=5.5或6.0∶100。最大干密度为2.197g/cm3，最佳含水量为6.8%，无侧限抗压强度：水泥剂量5.5%时为3.2MPa，水泥剂量6.0%时为3.9MPa。顶面弯沉实测弯沉为149.2～176.9（0.01mm）之间，均小于设计弯沉值192.3（0.01mm）。底基层芯样完整，坑壁光滑，满足要求。

3.2 盘河至甘城公路项目冷再生应用概况

盘河至甘城公路修建于2004年，起点位于S101线K269+900左侧（东侧），终点止于S203线K373+900右侧（西侧），路線全长21.7km。旧路为三级沥青路面，路基宽7.5m，路面宽6.0m。

已出现病害有翻浆、车辙、坑槽等，影响出行。项目属黄土丘陵区，中温带干旱气候区。

通过钻芯取样结果显示，旧路路面结构层为：2.5～3.0cm细粒式沥青砼面层、15～19cm水泥稳定砂砾基层、15～20cm级配砂砾底基层。通过观察旧路基层顶面还板结较好，具有一定强度，但下部混合料松散。全线路基按干燥考虑，根据调查旧路路面弯沉反映，大部分旧路弯沉在139.5～187.9（mm）之间，换算回弹模量为62～79MPa之间。

共有16km路段，可选择提高24cm高程新建基层补强和提高4cm高程就地冷再生基层两种改建方案。

方案1：

稳定土就地冷再生底基层路面结构如下：

面层：4cm细粒式沥青混凝土（AC-13C粗型连续密集配）；

基层：20cm稳定土就地冷再生基层（掺配15% 5～10mm碎石）；

路面总厚度：24cm。

方案2：

补强路面结构如下：

面层：4cm细粒式沥青混凝土；

基层：20cm水泥稳定砂砾；

路面总厚度：24cm；

其中2km长的双井街道无法提高需要挖除旧路面新建。

新建路面结构如下：

面层：4cm细粒式沥青混凝土；

基层：20cm水泥稳定砂砾；

底基层：20cm级配砂砾；

路面总厚度：44cm。

经过造价比较，冷再生方案造价低的优势明显，故选择冷再生方案。

因旧路铣刨后材料级配不良，设计中考虑增加碎石，进行掺配，要求碎石含泥量不超过0.7%，粒径规则，粒料干净，压碎值不大于30%。根据筛分等试验，确定其掺配比例为旧路面材料：掺配5～10mm碎石=85%∶15%，施工前必须做水泥稳定旧路面材料基层配合比试验，要求水泥稳定砂砾7天浸水抗压强度90%概率值不小于2.5MPa，施工时均要求增加0.5%的水泥剂量，采用再生机拌合施工。

根据级配设计结果，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》分别配3.5%、4.0%和4.5%的水泥剂量进行击实试验，然后采用烘干法测定试件最佳含水量，并计算最大干密度。根据试验数据表明，设计按照4.0%的水泥剂量进行配合比设计。

根据交工运营两年情况看，该项目路面未出现由于冷再生基层原因引起的病害。

盘河至甘城公路，由于16km采用了“冷再生”基层，面积计94564m2，相比节约造价676.42万元。占总造价的17.05%。

4 冷再生设计前期工作

4.1 设计原则

根据公路使用功能、交通量及公路等级对路面强度的要求，结合当地气候、水文、土质等自然条件，本着节约使用筑路材料，利于环境保护的原则，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化施工的路面结构方案，结合旧路弯沉、钻芯等资料，借鉴当地实践经验，综合考虑后进行路面综合设计。

4.2 旧路面调查分析

（1）重点调查破损情况包括裂缝率、车辙深度、修补面积等。

（2）评价旧路面结构承载能力。

（3）进行分层挖孔取样和试验，采集沥青混合料和基层、底基层、土基的样品，分析破坏原因，判断其破坏层位和是否可以利用。

（4）挖孔取样调查路床范围内路基土的分层含水量与土质类型及承载力等，分析路基的稳定性、强度以及路基路面范围内排水状况等。

4.3 取样及试验

设计阶段试验采用冷再生机沿旧路每隔500m取试样一组，要求取样宽度为旧路面宽度，长度约20m，深度按再生基层厚度确定。

4.4 计算准确掺加材料的用量，确定配合比

（1）确定试样的干质量计算。

试样的干质量=试样的风干质量×（1-风干试验的含水量）

（2）确定稳定剂的用量计算。

水泥用量=水泥的百分比×试样的干质量

（3）掺加材料用量的确定。

试样的加水百分比=试样的最佳含水量-风干试验的含水量

加水质量=试样的加水百分比×试样干质量+稳定剂添加量

碎石用量=路宽×压实厚度×最大干容重×压实度×掺碎石量/碎石密度

水泥用量=压实厚度×最大干容重×压实度×水泥剂量/[1+水泥剂量]

5 “冷再生”技术优点

（1）保护环境和资源。

因为充分利用了原路面铣刨的废弃料，旧料得以全部就地利用，减少了新材料的开采，目前该区各地砂砾料储量十分匮乏，部分地区已经枯竭，利用旧路面材料解决了砂石材料不足的问题，也不存在旧料运输和废料随意堆放问题，减少了施工中产生的粉尘和废气污染；使用该技术可减轻对环境的污染，减少能源的消耗。

（2）工序简单，工期短，充分发挥了投资效益。

由于原有的路面材料被就地利用，省略了挖掘、外运、厂内加工及回填等一系列工作，使得施工工序简化，提高了生产效率。就地冷再生技术施工工艺简单，施工进度快，开放交通早，保证道路的畅通；再生后可以明显提高路面基层的强度，改善路面使用性能，使投资效益得以充分发挥。

（3）减少征地拆迁。

旧路改建一般为加高路面结构层，需要加宽路基，冷再生可避免废弃料占地及路面标高提高后的新增占地、伐移树木、拆迁。

（4）降低了工程造价。

旧路改建一般需要加高和拼宽路基，平交、交通工程、构造物无法利用需要拆旧建新改造，加之路面工程一般约占总造价的40%，冷再生技术降低了工程造价；随着再生基层厚度的增加，造价降低越大。

（5）解决了困难路段路基无法加高的问题。

旧路上加铺基层是公路改建和养护传统的处理方式，这导致随着路面标高的不断提高使得路面宽度变得越来越窄，且周边与之搭接的道路高度也随之提高，给沿线村庄出行及排水带来难于解决的问题。在一些街道、临近民房、平交口多、横断面方向为悬崖陡坡的路段，纵断面根本就无法提高，而冷再生方案恰好解决了这一问题。

（6）不损坏路基。

再生机在路基上只通过一次，与传统的施工工艺相比，对路基的损坏最低。

6 “冷再生”技术应用存在问题及对策

根据施工期设计回访及后期调查，冷再生目前存在以下问题。

（1）纵向搭接处存在纵缝、产生不均匀横向裂缝。

首先，从交通量组成上看，重型车辆较多；其次，对冷再生级配和细料含量应多加控制；纵向裂缝产生的原因与拌和时横向搭接有关，这个問题亟待继续调查与研究。

（2）旧路材料的差异性对配合比、强度有影响。

虽然采用冷再生机对旧路按频率进行取样、试验，但旧路材料出现差异性，可通过以下方式解决。

①对旧路修建历史进行调查，对原设计资料、竣工资料进行调阅，必要时向施工方进行查询。

②设计阶段发现材料变异，加密取样试验频率，以提供合理的配合比。

（3）“冷再生”技术需要专用设备。

地方项目一般规模较小，租借设备困难，施工管理等观念还未转变，仍存在一定困难。但通过统筹安排和推广应用，可以在农村公路的改建中得以实现。

（4）改建层位的选择。

在轻交通的公路改建中，基层再生相比底基层再生，造价明显偏低，前者更有优势。

中等交通的公路改建，可采用加深再生基层的方法解决（最厚可达30cm）。

重交通的公路改建，应先对旧路面进行仔细调查，再对再生底基层加铺新基层方案同直接补强方案比较后综合考虑。

7 结语

“十一五”“十二五”期间已修建了大量沥青路面的公路，包括的农村公路、国省干线，本技术这些公路在改建时应用前景广阔。

随着国家投融资、环保和再生资源利用政策的影响，本技术具备降低工程造价、利于环保、节约占地和资源的优点，也符合国家的节能减排政策，它的应用，为发展绿色交通必将做出积极贡献，因此推广意义重大。

参考文献

[1] JTJ 034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].

[2] JTG F41-2008，公路沥青路面再生技术规范[S].

[3] DB 64/T1058-2014，水泥稳定就地冷再生路面基层施工技术规范[S].