高速公路扩改建路面结构设计与沥青冷再生混合料应用

郭德栋

（潍坊公路发展集团有限公司，山东 潍坊 261000）

0 引言

随着社会快速发展，车辆的与日俱增为人们提供了出行便利，但是也导致道路拥堵的现象时常发生，这无疑会增大交通运输的压力。建设高速公路有利于减轻交通运输压力，因此我国投入大量人力、物力、财力等建设高速公路。为进一步保证交通运输水平，我国除了做好高速公路建设之外，还应当根据现实发展情况在原有的项目基础上开展扩建工作。由于路面结构设计与沥青冷再生混合料应用是高速公路扩建项目的重要施工环节，有必要高度重视这两项工作，构建合理的路面结构设计与沥青冷再生混合料应用体系，以此为高速公路扩改建项目的顺利推进奠定坚实基础。

1 高速公路扩改建项目概况

此次高速公路扩改建项目的原始路基的行车宽度为25m，扩展路基的行车宽度更改为45m，并使用双向8车道，希望通过开展高速公路扩改建施工活动，缓解交通压力，满足人们对高速公路运输需求。

2 高速公路扩改建项目路面结构设计流程

冷再生加铺结构设计是路面结构设计的关键所在，通过构建冷再生加铺结构设计方案，推进相关施工工作，利于提升高速公路扩改建水平。为此，需要积极地推进冷再生加铺结构设计工作。此次主要从以下方面研究了高速公路扩改建项目路面结构设计流程。

2.1 交通量确定

在开展路面结构设计时，需要提前对交通量进行调查研究，得出关于高速公路交通量的数据。之后，就可以根据交通量调查，根据沥青面层，冷再生基层和半刚性基层的轴载换算公式，分别计算出沥青面层层底拉应力，冷再生基层层底拉应力和半刚性基层层底拉应力。路面在设计年限内累积当量标准轴载N，Ne，Ne。

2.2 结构层参数确定

根据旧路路面实测弯沉值，通过弹性层状体系软件计算半刚性基层层底当量回弹模量Et；加铺沥青面层，冷再生基层，通过经验值或实际测试获取剩余半刚性基层的回弹模量以及劈裂强度数值。

2.3 路面结构组合

在设计路面结构时，需要考虑两种情况，即考虑在路面标高不受限以及路面标高受限制情况下的路面结构设计工作。在不受限时，需要依据常规的加铺结构设计方法，推进结构设计工作，而在受限时，需要通过沥青面层，冷再生基层以及铣刨残余半刚性基层之间的厚度组合，保证路面结构厚度不变化，从而更好地连接扩建前的高速公路。对于路面结构设计人员来讲，其需要清楚高速公路扩改建项目路面结构设计要求，了解路面标高受限与不受限的情况，以此优化推进路面结构设计工作。

2.4 结构验算

在结构设计中，还需要完成结构验算工作。具体涉及的结构验算事项如下所述：

其一，将N，代入式（1）中，求得路面设计弯沉值I，进行弯沉指标验算；

其二，根据沥青面层的K公式，即式（2）和冷再生基层的K公式，即式（3），分别计算面层和冷再生层层底容许拉应力，进行拉应力指标验算；

其三，结合设计资料和交通量调查，确定旧路半刚性基层设计寿命和使用寿命N根据式（4）计算出残余寿命系数值，依据式（5）获取加铺路面结构中残余半刚性基层的抗拉强度结构系数，计算加铺后半刚性基层层底容许拉应力，进行拉应力指标验算。

该项目经过结构验算后，得出了最终的加铺结构设计方案，即4cmACl3+6cmAC20+15cm再生混合料+35cm剩余水稳基层+剩余路面结构。施工时先对路面进行铣刨，铣刨深度为25cm。

3 高速公路扩改建项目沥青冷再生混合料应用

该次项目适合使用“乳化沥青”，因此该次主要围绕着“乳化沥青”研究沥青冷再生混合料在高速公路扩改建项目中的应用。

3.1 乳化沥青成型机理

乳化沥青在成型的过程中会将热沥青进行增压、剪切、研磨，从而分散成细小的颗粒，最后形成了稳定、均匀的乳液。乳化沥青可以在常温下使用，同时可以与冷、潮湿的石料一起使用。当前，乳化沥青成为一种重要的建筑材料。其中，就被应用在高速公路项目建设中，以起到提高车速，降低油耗，增加行驶舒适度等作用。

3.2 乳化沥青混合料配合比设计

3.2.1 材料的组成与设计

（1）回收沥青路面材料（RAP）

乳化沥青冷再生混合料是通过将所回收的高速公路乳化沥青铣刨料通过加入乳化沥青拌和而形成的材料。在展开沥青混合料配合比工作时，需要做好高速公路铣刨废料回收工作。同时还需要严格按照“沥青冷再生”工艺，推进沥青冷再生活动。包括：处理与筛选分离回收的高速公路乳化沥青铣刨料；将以上步骤完成后得到了材料分为0～5mm、5～10mm、10～20mm三档。同时，在应用“沥青冷再生”工艺的过程中做好铣刨料含水率，半刚性基层材料混入率的控制工作。其中，铣刨料含水率需小于3%，防止影响沥青混合料的性能，而半刚性基层材料混入率则应小于2%。

（2）乳化沥青

在应用“沥青冷再生”工艺时，会使用到乳化沥青。该次在高速公路扩建项目中所应用的乳化沥青为“70号基质沥青”，希望通过应用“70号基质沥青”，确保沥青冷再生效果。

（3）新骨料

为保证“沥青冷再生”工艺实施效果，充分地提升“再生沥青路面材料（RAP）”的性能，发挥“再生沥青路面材料（RAP）”在高速公路建设中的作用，需要在开展“沥青冷再生”工艺活动的过程中加入新骨料。也就是说，需要在旧的材料中加入新骨料，进而增强再生混合物的强度，从而保障高速公路的耐用性，合理地延长高速公路的寿命。在该次“沥青冷再生”工艺实施中，所加入的新骨料的筛选结果详见表1。

表1 新骨料筛选情况（单位：mm）

（4）矿粉与水泥

矿粉与水泥是沥青冷再生混合料的重要组成部分，在实施“沥青冷再生”工艺的过程中，需要放入矿粉与水泥，并进行搅拌。从矿粉的角度分析，在实施“沥青冷再生”工艺中应用矿粉的作用是：增加乳液和骨料的覆盖率，降低混合物的孔隙率，提高混合物的整体强度。在这种情况之下，就可以有效地确保高速扩建项目施工质量。为切实发挥矿粉的作用，需要注重控制矿物粉末的取代度。一般而言，矿物粉末的取代度大约在3%左右。从水泥的角度分析，在拌和乳化沥青混合料的过程中，需要使用水泥缓凝剂。通过使用水泥缓凝剂，就可以延长初始凝固、最终凝固时间等，以确保施工人员有效应用乳化沥青混合料推进施工活动。其中，使用水泥缓凝剂能够将初始凝固时间控制在3h以上，能把最终凝固时间控制在6～10h。除此之外，在拌和乳化沥青混合料的过程中，使用水泥缓凝剂还有助于降低混合物的孔隙率。对于乳化沥青混合料拌和人员，一定要认识到水泥缓凝剂在拌和乳化沥青混合料以及后续使用中所起到的作用，积极地践行此项工作。值得注意的是，混合料拌和人员需要注重在拌和乳化沥青混合料的过程中控制水泥的含量，否则就容易起到相反的效果。将水泥的含量控制在15%以内可保证混合料拌和水平，增强混合料的性能，所以混合料拌和人员需要把水泥的含量控制在15%以内。

3.2.2 矿料级配组成设计

矿料级配组成设计的科学性对于提升沥青冷再生混合料性能具有重要的价值。在实施“沥青冷再生”工艺的过程中，需要主动地推进矿料级配组成设计工作。在开展矿料级配组成设计工作时，需要明确每块的原料比。其中，应将每块的原料比确定为：RAP10－20mm∶RAP5－10mm∶RAP0－5mm∶新 材 料10－20mm∶矿粉=23%∶27%∶37%∶10%∶3%。作为“沥青冷再生”工艺实施者需要根据以上配比规定，开展工作。

3.2.3 最佳液体含量确定

在实施“沥青冷再生”工艺的过程中，需要确定液体含量。而最佳用量是外掺3.5%，水泥为外掺1.5%，按预加含水率2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%分别在烘干后的骨料进行拌和，旋转压实次数70次，60℃烘箱中养护至恒重。在严实后，会得到最大干密度及干劈强度，之后就可以确定最佳的液体含量。经过推进以上工作发现，最佳液体含量为6.5%。

3.2.4 最佳乳化沥青用量与含水量确定

最佳液体含量为6.5%，3种乳化沥青含量分别选择为3.0%、3.5%和4.0%，确定了沥青的最佳用量为3.5%，经过试验发现，水含量为3.0%。而在沥青的最佳用量为3.5%以及水含量为3.0%的情况下，沥青冷再生混合料的性能符合高速公路扩建项目对沥青混合料材料性能的要求。

4 高速公路扩改建项目施工质量控制策略

4.1 混合料拌和与检测

在拌和混合料时，要避免水泥发生结块以及避免液体下流。另外，材料白化表示混合料的质量并未达到标准。所以，混合料拌和人员也需要防止出现该问题。在施工前，需要检测乳化沥青。而在乳化沥青达到施工标准的情况下，才可以使用，否则就不予以使用。其中，蒸发残留物含量、1d存储稳定性、5d存储稳定性的标准分别为不小于62%、不大于1%、不大于5%。通过将这些指标控制在合理的范围内，才可以有效地确保施工质量。

4.2 混合料运输

在高速公路扩改建项目施工的过程中，有必要推进混合料运输工作。其中，需要在运输混合料前清洗车辆，同时还需要在车辆上涂上专用隔离剂，保证混合料性能。在混合料达到现场后，就需要及时卸货。

4.3 摊铺碾压

为保证混合料的紧密度，提升高速公路结构强度，需要控制碾压4次。不同碾压机械在不同碾压阶段需碾压的遍数存在差异。在初压阶段，需要使用双钢轮碾压2遍；在复压阶段，需要使用单钢轮碾压4遍，另外还需要使用胶轮碾压4遍；在终压阶段，需要使用双钢轮碾压2遍。

4.4 养护及交通管制

养护与交通管制是在高速公路改扩建项目完成后需要开展的工作。通过开展这两项工作，可以有效提高公路结构的强度，保证施工项目质量。从养护角度分析，雨水容易影响混合料的性能，不利于增强公路结构的强度。所以，需要提前了解天气情况。若发现养护期间有降雨天气，就需要预先准备防雨的材料，将材料覆盖在路面。另外，还需要在雨水结束后做好排水工作。在对公路养护时，需要控制养护时间，养护的时间不应少于3d。

5 结语

综上所述，在高速公路扩改建项目中，应用沥青冷再生混合料不仅可以保证施工质量，而且可以在一定程度上降低施工成本。基于此，要重视在高速公路扩改建项目中应用沥青冷再生混合料。同时在应用沥青冷再生混合料开展施工时，需要制定科学的高速公路扩改建路面结构设计方案，强化施工效果。另外，在整个的高速公路扩改建施工中要做好各个施工环节的把控工作，切实增强公路结构的强度，确保公路的耐用性，延长公路的使用寿命。