水稳基层冷再生技术在农村公路中的应用分析

李秀丽

(平湖市交通运输综合行政执法队 嘉兴市 314200)

0 引言

当前许多公路由于建设年代早,加上环境、交通量等众多因素的影响,路面出现了不同程度的病害,如横纵向裂缝、网裂、坑槽、松散等,随着路面使用时间的增长,进而引发其他病害的出现,从而对路面平整度、行车安全性和舒适性产生严重的影响,缩短了公路寿命周期,因此需要对路面面层、基层进行维修,以便提高路面结构性能。

文章以白沙路为例,对改造方案加以分析,介绍水稳冷再生技术的施工质量要点及应用价值,为农村公路维修养护提供参考。

1 冷再生技术原理及再生混合料性能分析

1.1 冷再生技术原理

水泥稳定碎石冷再生技术就是利用冷再生机械设备对原沥青路面进行破碎,将老路路面结构或铣刨老路面层后的基层掺入一定量的水泥、石屑等新混合料,进行重新摊铺施工。摊铺碾压形成新的水稳冷再生基层,具有施工成本低、节约原材料、环保价值高、施工周期短、交通干扰小等特点[1],具有良好的经济、社会和环境效益,因此在路面维修与改造中具有很高的推广应用价值。

1.2 再生混合料的路用性能分析

1.2.1再生混合料的抗压回弹模量

在路面材料性能研究中,抗压回弹模量能够反映路面材料的力学特性。由于旧沥青路面材料在长期的荷载作用下,其力学强度和抗压回弹模量要低于新集料,导致冷再生混合料的抗压回弹模量也低于新集料,这是由于旧沥青结合料在冷再生混合料中发挥了作用。经试验研究[2],水泥冷再生混合料抗压回弹模量是在《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2017)推荐的无机结合料稳定类材料的弹性模量范围之内的,这就表明,冷再生混合料的力学强度是可以达到公路基层强度要求的,旧沥青路面材料可以作为基层新集料使用。

1.2.2再生混合料的稳定特性

由于冷再生混合料是利用了原路面材料,其中含有旧沥青材料,这样就减少了再生混合料内部的毛细孔隙;添加一定剂量的水泥稳定剂后,内部会发生化学反应产生水化产物,致使内部孔隙再次减少。基于以上分析,可以说明冷再生混合料具有良好的抗水害性和抗冻性,即具有良好的水稳性和冻稳性。

1.2.3再生混合料的抗冲刷性能

抗冲刷性能是路用性能的一个重要指标。在长期使用和环境因素影响下,路面必然会产生裂缝,此时路表面的水分就能渗入到基层,如果基层一直维持着潮湿的状态,就会导致脱空严重的位置形成流动水,再加上车辆荷载的作用,面层和基层的混合料就会受到冲刷侵蚀。如果混合料的抗冲刷性能很低,路面结构就会发生破坏,降低路面的使用性能。经冲刷试验研究,水泥稳定碎石冷再生混合料试件冲刷后的抗压强度较未冲刷的抗压强度只下降了9.8%[3]。试验表明,经过一定时间的冲刷,冷再生混合料冲刷量呈现平稳的状态,但其抗压强度仍然处于较高的状态,从而说明了冷再生混合料具有良好的抗冲刷性能。

2 水稳冷再生技术应用

2.1 工程简介

白沙路位于嘉兴市平度市独山港镇,路线全长2.64km,公路等级为三级,路面宽度为2×3.75m(行车道)+2×3.75m(硬路肩)=15m,原路面为沥青混凝土路面。经现场勘察,该工程原水泥稳定基层大部分已破碎,路面强度已不能满足使用要求,且根据现场调查,该路段重车比例较高;综合考虑该路面强度和路面破损状况,结合本段道路交通量大小、平整度状况等诸多因素,以及白沙路在平湖市公路网的重要程度,确定采用水泥稳定碎石冷再生技术方案,主要目的是降低施工成本、缩短施工工期、节约资源、保护环境,在保持原有公路线型不改变的前提下,保证工程质量,延长公路寿命周期,提高行车安全舒适性。

2.2 改造提升方案

(1)K0+000～K1+540段

统一铣刨5cm老路面层,局部病害处治后,对现状水稳基层(厚18cm)进行冷再生,再生厚度20cm,再统一加铺5cm AC-16C(SBS)改性沥青混凝土+7cm AC-25C沥青混凝土+22cm水泥稳定碎石,详见图1。

图1 路面加铺结构图(K0+000～K1+540)

(2)K2+338～K2+800段

统一铣刨10cm老路面层,局部病害处治后,对现状水稳基层(厚18cm)进行冷再生,再生厚度20cm,再统一加铺5cm AC-16C(SBS)改性沥青混凝土+7cm AC-25C沥青混凝土+20cm水泥稳定碎石,详见图2。

图2 路面加铺结构图(K2+338～K2+800)

2.3 配合比设计

水泥稳定碎石冷再生技术中再生混合料的配合比设计是非常重要的一个环节,它能决定冷再生施工质量的成功与否。经试验研究,随着再生混合料中水泥剂量的不断增加,试件的无侧限抗压强度也随之增加,但是水泥剂量在5%～6%时,试件强度的增长速度反而出现下降的趋势[3],为此,该工程采用的水泥剂量定为5%,其他配合比参数见表1。

表1 配合比参数

2.4 施工情况

2.4.1撒布水泥

采用水泥洒布车撒布,5.0%水泥用量为21kg/m2。为了减少水泥损失,洒布路线不宜过长,也不能在大风天气施工。

2.4.2就地冷再生作业

进行铣刨、拌和时,应保证再生机械均匀、连续行驶。再生机后安排施工人员处理边线和清理混合料中的杂质以及每刀起始位置的余料,以防影响纵向接缝、横向接缝、平整度和再生材料的密实性,施工现场如图3所示。

图3 水稳冷再生施工情形

2.4.3压实

当冷再生完成后,先后进行单钢轮振动压路机稳压、平地机整平、振动压路机强振、胶轮复压等碾压工序,施工现场如图4所示。

图4 压实施工情形

2.4.4养生与交通管制

冷再生基层碾压完成并经压实度检测合格后进行养生,采用覆盖方式(吸水土工布等)养生7d。在养生期间,除洒水车外,封闭交通;养生结束后,将覆盖物清除干净。

2.5 接缝处理

冷再生施工过程中,要对横向和纵向接缝[4]进行有效处理,若没有进行妥善处理,容易造成路面不连续,对路面的再生结构产生严重影响。

横向接缝主要是冷再生机停止施工时形成的。在施工过程中施工人员应尽量减少停机现象;若出现停机现象,再生机再次起动施工时,要将再生机后退至再生过的材料的一定距离。横向接缝出现后,采用人工处理方法,对接缝处的混合料进行铲平、整齐,确保之后施工能够正常进行。

纵向接缝主要是冷再生机的工作宽度限制形成的。在纵向施工中,由于冷再生机的工作宽度小于路幅宽度,需要通过多次作业才能完成整个路幅的铺设,相邻作业面之间就会产生纵向接缝。增加纵向裂缝位置的重叠宽度,可在一定程度上减少纵向接缝,从而使相邻作业面之间的施工充分性和连续性得到保证。若采用单机全断面宽幅摊铺碾压成型,可有效避免纵向接缝和离析,提高结构整体性,提高工效,缩短工期,节约成本。

3 施工质量控制

3.1 质量控制要点

为了保证冷再生工程的质量达到设计和使用要求,施工过程的质量控制极为重要。根据现场施工因素分析,对施工过程质量控制有以下几个要点:

(1)施工作业前对再生机械设备、压路机等进行检查,尽量确保施工过程的连续性,减少停机次数,从而减少横向接缝的数量。

(2)加强原材料质量管理。冷再生混合料质量管理的重点是基层碎石的级配,原材料进场前,进行进厂验收和抽检,保证基层碎石的级配符合设计要求,从而确保原材料质量达到设计和使用要求。

(3)为了保证在现场摊铺时不会因为新加料的不均匀性加大施工变异性,要尽量控制每车每次加料的数量都相差不大。

(4) 在拌合的过程中,要掌握好混合料的含水量,控制加水量。根据外界因素的影响,如施工现场环境、气温等,适当调整混合料中含水量的比例,一般要求现场含水量比最佳含水量高出0.5%～1.0%[5],这是因为在拌合和摊铺过程中,会有部分水分蒸发而损失掉,高出的含水量可用来弥补水分损失。

(5)再生机后安排专人跟随,随时检查再生深度。

(6)碾压时,采用先轻后重、由重到轻的原则进行;再生层的表面要一直保持湿润的状态,当出现水分蒸发太快而导致水分不足时,要及时采取一定的措施保证水分充足。

(7)压实时,如果出现“弹簧”、松散、起皮等现象,及时翻开重新拌合或采用其他方法处理,使其达到质量要求。在完成第一遍振动碾压后,若平整度达不到设计要求,要采用人工找平的方法对该路段进行处理。

(8)路基路面施工中的质量控制指标之一就是压实度,当路面基层使用冷再生混合料的时候,要在最佳含水量的状态下充分压实,这样可以使得再生混合料的强度达到设计要求,从而使路面结构层的强度和稳定性得到保证。

3.2 施工质量检测

白沙路改造提升工程完工后,经现场试验检测,压实度和再生层取芯厚度均满足设计要求,部分检测数据见表2。

表2 冷再生基层压实度、厚度检测

4 应用价值分析

4.1 经济效益分析

(1)降低施工成本

通过对比水泥稳定碎石就地冷再生与传统维修改造方案,可以发现,采用水泥稳定碎石就地冷再生技术方案可以节省旧路面材料的处理费用及新石料采购费用,增加了再生机组租赁费。针对白沙路而言,通过计算分析,采用水泥稳定碎石就地冷再生方案比采用传统维修改造方案合计节省工程造价约53万元,经济效益良好。

(2)缩短施工周期

水泥稳定碎石就地冷再生方案采用再生机组,机械化程度高,使得施工程序得到简化,具有较高的生产率,施工效率得到提高,有效缩短施工周期,尤其适用于施工工期要求紧迫的道路等。

4.2 社会效益分析

(1)环保价值高

冷再生技术充分利用了旧路面材料,无需考虑这些材料的运输和堆放问题,而且对新材料的需求量大大减少,从而对新材料的运输也相应减少,这样不但可以节省资源,而且能大幅度减少运输过程中汽车尾气排放造成的环境污染,真正实现了节约资源和环境保护的目的。

冷再生技术充分利用了旧路面材料,变废为宝,减少了废料产生的污染问题,降低了开采石料对环境的破坏问题,从而保护了人类生存的环境,这与目前我国绿色环保可持续发展的要求是一致的;冷再生技术可以使道路状况得以良好的改善,也可使行车舒适性和安全性得到保证,环境效益良好。

(2)交通影响小

就地冷再生基层技术属于非开挖施工,全程采用现代化的专用就地再生设备,机械化程度高,具有较高的生产率,对旧路的维修改造只需一次作业就能完成,在节省施工时间、快速开放交通方面具有一定优势,交通影响小,尤其适用于交通量较大以及在施工过程中不能中断的道路。冷再生技术还能确保工程质量,加快推进美丽乡村建设,获得企业和公众的赞誉,社会效益显著,改造完工效果见图5。

图5 白沙路改造完工图

5 结语

随着社会经济的不断发展,人们环境保护和可持续发展的意识越来越强,节约资源、降本增效的需求逐渐增加,对水稳冷再生技术在农村公路的应用进行分析则具有重要的意义。白沙路提升改造工程于2020年6月份开工,同年9月份完工通车,工期仅3个月,提升改造速度快,充分利用铣刨料变废为宝,环保减排,节约造价,先进可行,工程质量得到保证。该项目已运行两年多,使用状况良好,改造提升效果达到预期。