谈高速公路扩建中水稳冷再生基层施工要点

王 程

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)

0 引言

伴随省内高速公路建设实力的快速提升，近十年内，省内新建高速项目里程不断刷新历史最高值，为区域经济发展提供了坚实的基础设施保障；但是，对于服役年限超过15年的既有线路中，大部分已到达使用寿命，路面在长期荷载及外部恶劣环境的耦合作用下，出现了不同程度的病害，部分既有高速线路全面进入养护维修高峰期。传统的养护技术是对破损路面直接刨除，并重新铺设路面结构层，该维修方式虽然能够从根本上解决路面病害，但是在施工周期长、施工成本居高不下、长时间封闭交通等缺陷的影响下，导致该养护技术无法广泛推广。

水稳基层是水泥稳定碎石道路基层的简称，水稳碎石基层本质上是公路刚性结构层逐步向沥青柔性面层过渡的半刚性基层材料，该材料具备承载能力强、稳定性良好、密封性强等诸多优势。借助水稳冷再生基层施工技术，能够节约大量的筑路砂石材料，压缩工程投资额，工程经济效益显著。

1 水稳碎石基层主要性能分析

工程实践证实，道路基层材料的性能是决定高速公路路用性能和服役寿命的重要指标之一，通过调查省内高速公路基层结构早期破坏情况可知，基层结构损坏和基层结构质量紧密相关。综上，为了提升高速公路的施工质量，应尤其重视基层材料性能和质量。

1.1 强度及刚度性能

为了满足路面整体的承载能力和刚度要求，水稳碎石基层结构必须具备较高的强度及刚度指标；路面车轮长期反复荷载传递至水稳碎石基层位置，必须保证水稳基层具备足够的抗弯刚度，防止基层出现过量的残余变形，甚至是荷载疲劳破坏。水稳碎石基层的强度及刚度表现在以下两方面，即：水稳碎石基层本身的强度，可以通过碎石的压碎值或者碎石磨损值表征，或者采用碎石标准抗压强度代替；另外，水稳碎石基层整体的抗压强度指标。

1.2 抗开裂性能

路面基层材料为典型的温敏和湿敏型材料，外部温度及湿度在一定范围内变化时，基层局部将产生不同程度的拉应力，一旦压应力超过基层结构的抗拉强度，将引起基层局部开裂。基层位置的干缩开裂不但会直接破坏路面基层结构的抗弯刚度、稳定性和整体性；在外部荷载下，基层开裂容易沿着路面结构向上形成荷载反射裂缝，综上，在工程实践中，基层结构的收缩值越低，工程特性越高。水稳碎石基层材料的收缩可以分为两种类型，即：由于水分蒸发引起的干缩和由于温差引起的温缩，温缩引起的病害程度要远大于干缩，在常规施工条件下，外界温度低于-5 ℃时，路面将诱导产生众多横向裂缝，裂缝宽度集中在0.5 mm～1.8 mm之间，通过现场试验分析，该裂缝主要是由于温缩引起；相比之下，干缩裂缝的控制难度较低，若能够较好地控制水稳碎石基层的水分蒸发，将彻底解决干缩开裂问题。

1.3 抗冲刷性能

分析施工现场的半刚性基层的抗冲刷能力可知，水稳碎石基层的冲刷特性普遍存在，由于长期冲刷引起的路面“唧泥”问题普遍存在，在外部荷载挤压作用下，路面自由水将渗透至路面结构层内部，若水分长期滞留在基层位置将导致水稳碎石基层出现“过饱和”问题，在上部荷载的作用下，基层内部的水压力持续上升，带有压力的水流将直接冲刷基层中的碎石混合料，尤其是级配值较低的混合料，伴有碎石混合料的水分在荷载作用下将从路面裂缝中冒出形成路面“唧泥”。综上，在施工过程中必须保证水稳碎石基层具备良好的抗冲刷能力，以防止出现路面大面积“唧泥”病害。

2 水稳碎石冷再生基层在高速公路扩建施工中的应用

2.1 项目概况

本文选取省内某高速扩建升级施工项目为研究案例，工程地点位于山西省西南部，起讫点桩号为K1350+000～K1358+400，线路全长8.4 km；服役将近20年，在2012年的调查统计中，本路段的标准轴荷载作用次数已经突破2 400次/d，已属于重交通量范畴，在长期的车辆荷载和外部环境的耦合作用下，路面病害突出，亟待扩建升级。图1为扩建养护施工前的路面病害现场情况。

2.2 水稳碎石冷再生基层利用

结合最新的JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术规范相关要求，本次水稳碎石基层结构扩建施工使用的水泥为加缓凝剂的PM32.5普通硅酸盐水泥。再生剂的颗粒级配范围必须满足JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术规范中关于基层级配混合料的3号范围要求，参考本工程项目铣刨混合料的级配范围，本次施工不需要额外添加新的骨料。表1为水稳碎石基层的集料级配表。

表1 水稳碎石基层的集料级配

结合最新的JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术规范相关要求，高速公路使用的水稳碎石基层的水泥稳定集料的7 d龄期对应的抗压强度值应满足表2要求。

表2 抗压强度值

结合最新的JTG/T F20—2015公路路面基层施工技术规范相关要求，本施工项目的设计标准轴载作用次数为1.42×107，大于1.2×107次数标准，故取值为4.0 MPa作为7 d的浸水后抗压强度标准值。由于本工程项目中使用到的碎石混合料部分因化学反应而钙化，导致承载强度下降，材料脆性增强，所以，水稳碎石混合料的早期强度值不应设计过高，本次施工使用的水稳碎石冷再生基层混合料的7 d无侧限抗压强度标准值为3 MPa。

2.3 水稳碎石冷再生基层施工关键工艺

水稳碎石冷再生基层施工采用专业化的施工机械设备，在原有沥青路面表面直接铣刨、翻挖、破损；采用摊铺设备一次性混合加入水泥、水及级配碎石，摊铺压实成型。图2为冷再生施工工艺流程。

冷再生现场施工采用机械设备联合作业完成，冷再生设备之前布置洒水车和水泥净浆搅拌车，二者刚性衔接，确保同步作业要求。冷再生设备后续衔接整平机和压实设备。经可靠压实后的基层需及时覆膜养生，必要情况下设置施工围挡封闭交通，确保基层在尚未达到设计强度之前防止受到荷载冲击破坏，水稳碎石基层冷再生施工的最大作业面宽度为3 m，相邻刀片重叠长度应不低于300 mm，防止出现“漏刀”问题。铣刨施工阶段，冷再生设备和洒水车刚性连接，明确水分掺加量，应及时检测铣刨深度值，保证铣刨深度到位；现场检查人员应随时检查混合料含水率，一旦含水率偏离正常范围，应及时向洒水车操作手发送指令，调整洒水量。一个完整的施工单元应控制在100 m范围内，且施工刀具的搭接长度应不低于300 mm，横向施工缝和作业面搭接长度应控制在5 m～7 m范围内，确保水稳碎石基层的整体性。图3为项目施工现场情况。

3 结语

传统的养护技术是对破损路面直接刨除，并重新铺设路面结构层，该维修方式虽然能够从根本上解决路面病害，但是在施工周期长、施工成本居高不下、长时间封闭交通等缺陷的影响下，导致该养护技术无法广泛推广。水稳碎石基层冷再生施工技术很好地解决了传统养护施工技术的缺陷，经工程项目实践论证，水稳碎石基层冷再生施工技术完全适用于既有高速公路的扩建养护施工要求，满足推广使用条件。