路面基層水泥就地冷再生施工關(guān)鍵技術(shù)

蔡葉瀾

路面基層水泥就地冷再生施工關(guān)鍵技術(shù)

蔡葉瀾

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350000)

水泥就地冷再生混合料的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，具有良好的路用性能，可以作為快速路瀝青路面的基層使用。與傳統(tǒng)工藝相比，其節(jié)約造價(jià)、工期、資源等，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但不同地區(qū)、不同等級(jí)道路的就地冷再生工藝差異，則將影響路面基層的施工質(zhì)量?；?，文章依托福州市西三環(huán)路大修工程，通過室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)路方法，討論了水泥就地冷再生混合料的配合比設(shè)計(jì)流程、施工工藝及質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)。

路面基層;水泥就地冷再生;配合比;施工工藝

0 引言

傳統(tǒng)路面大修方法是將舊路結(jié)構(gòu)層挖除后新建新的路面結(jié)構(gòu)。這種方法施工工藝簡(jiǎn)單，適用于各種道路，尤其是適用于舊路狀況較差的路段。但該方法造價(jià)高、廢棄料多、社會(huì)影響大。

水泥就地冷再生技術(shù)是一次性地實(shí)現(xiàn)舊瀝青路面基層再生的一項(xiàng)技術(shù)，其所有施工工序均在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)完成。該技術(shù)的施工工藝為：采用專門的冷再生設(shè)備將部分厚度的瀝青面層和一定深度的基層進(jìn)行銑刨和破碎，必要時(shí)摻加一定比例的新集料，然后按照材料配合比設(shè)計(jì)加入水泥和水，在常溫下進(jìn)行拌合、攤鋪、碾壓、養(yǎng)護(hù)等工序成型。與傳統(tǒng)的路面基層施工工藝相比，該技術(shù)具有施工工序簡(jiǎn)便、工期短、節(jié)約資源、節(jié)約造價(jià)、對(duì)舊路擾動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)[1]。

研究表明，水泥就地冷再生具有良好的路用性能，能滿足公路基層設(shè)計(jì)要求，但由于其性能隨舊銑刨料的變化而變化，不同地區(qū)、不同等級(jí)道路的就地冷再生施工工藝具有很大的差異，直接影響到路面基層的施工質(zhì)量。

因此，需要重點(diǎn)開展施工工藝方面的研究。以福州市西三環(huán)路大修工程(洪灣路～灣邊大橋)項(xiàng)目為背景，對(duì)水泥就地冷再生技術(shù)在市政道路瀝青路面大修工程的配合比設(shè)計(jì)流程、施工工藝及質(zhì)量控制等施工關(guān)鍵性問題進(jìn)行研究和討論，以期為市政道路大中修工程的運(yùn)用提供技術(shù)支持。

1 研究進(jìn)展

目前針對(duì)水泥就地冷再生基層的強(qiáng)度形成機(jī)理、混合料路用性能、施工工藝、質(zhì)量控制等方面的研究取得了一定的成果。

鄒寶恩等人[2]通過室內(nèi)試驗(yàn)研究不同水泥劑量下冷再生混合料的力學(xué)性能。試驗(yàn)表明，混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與劈裂強(qiáng)度隨著水泥劑量增加而增加，并建議現(xiàn)場(chǎng)施工水泥劑量采用4.5%。

吳文飛等人[3]通過SEM微觀測(cè)試技術(shù)研究全深式冷再生基層材料微觀形貌圖。研究發(fā)現(xiàn)，舊瀝青面層混合料中瀝青含量直接影響再生基層強(qiáng)度，建議冷再生混合料中瀝青面層舊料比例不宜過高。

曹林濤等人[4]基于多地區(qū)就地冷再生實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了冷再生的施工問題及對(duì)策，強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)化工藝是導(dǎo)致多個(gè)施工問題的主要原因。

劉明輝、高光彬[5-6]提出應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段確定合理的作業(yè)段長(zhǎng)度，建議施工長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)，避免出現(xiàn)碾壓超過水泥初凝時(shí)間、水分蒸發(fā)過快、含水量降低等問題，導(dǎo)致壓實(shí)度效果不好。

李富強(qiáng)[7]提出考慮到再生混合料的變異性大，建議以試驗(yàn)段確定的最大干密度作為控制基準(zhǔn)，并提高現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)不低于97%。

綜上可知，舊基層銑刨料特性、室內(nèi)配合比設(shè)計(jì)等方面是否能較好地與現(xiàn)場(chǎng)施工匹配，將很大程度上影響水泥就地冷再生基層的施工質(zhì)量。同時(shí)對(duì)于混合料施工工藝各個(gè)步驟的重點(diǎn)把握將是再生基層施工的成敗關(guān)鍵。

與此同時(shí)，目前對(duì)于水泥就地冷再生基層的質(zhì)量控制驗(yàn)收指標(biāo)仍停留在彎沉、壓實(shí)度等常規(guī)指標(biāo)上，因此本文也將對(duì)此方面進(jìn)行相應(yīng)探討。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 工程概況

福州市西三環(huán)路的原設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)為4cmAC-13+5cmAC-16+7cmAC-25+32cm5%水泥穩(wěn)定碎石+20cm級(jí)配碎石，經(jīng)過多年的使用，路面出現(xiàn)嚴(yán)重的病害，經(jīng)過詳細(xì)的彎沉檢測(cè)、路面取芯、沉降觀測(cè)、交通量等調(diào)查，對(duì)大修路段采用4cmSMA+5cmAC-20+7cmAC-25+8cmATB-25+25cm水泥就地冷再生基層+舊10cm水穩(wěn)底基層+舊20cm墊層的大修結(jié)構(gòu)。

2.2 銑刨料分析

2.2.1 銑刨料級(jí)配

根據(jù)新設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)，銑刨舊瀝青面層后，對(duì)舊水泥穩(wěn)定碎石基層材料進(jìn)行取樣，為更好地接近現(xiàn)場(chǎng)再生料的特性，本次銑刨設(shè)備采用維特根WR250冷再生機(jī)，銑刨寬度2.45m，設(shè)定再生銑刨厚度20cm，再生機(jī)行進(jìn)速度6m/min～8m/min，各取中部和邊部樣品10kg。對(duì)基層銑刨料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，級(jí)配曲線如圖1所示。

由圖1可以看出，現(xiàn)場(chǎng)舊基層銑刨料級(jí)配不滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)[8]規(guī)定的級(jí)配曲線范圍，需通過添加新集料進(jìn)行級(jí)配調(diào)整；本銑刨料偏細(xì)且中間檔料偏少，即0mm～4.75mm細(xì)集料偏多，4.75mm～31.5mm粗集料偏少，因此須通過添加粗集料來調(diào)整級(jí)配。

圖1 舊基層銑刨料級(jí)配曲線圖

2.2.2 銑刨料含水率

銑刨料的含水率對(duì)現(xiàn)場(chǎng)再生混合料水的添加量影響很大。不同位置銑刨料的含水率存在一定差異，本試驗(yàn)段舊銑刨料含水率為6.15%，屬于高含水率，參照以往再生基層配比經(jīng)驗(yàn)，已接近最佳含水量。因此在施工過程中應(yīng)定期檢測(cè)銑刨料的現(xiàn)場(chǎng)含水率，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)配合比的含水量，避免因含水量過大，導(dǎo)致基層碾壓出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，從而保證施工過程中含水率的穩(wěn)定性。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

水泥就地冷再生混合料配合比設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 配合比設(shè)計(jì)流程圖

根據(jù)圖2配合比設(shè)計(jì)流程，結(jié)合圖1銑刨料級(jí)配分析，現(xiàn)場(chǎng)銑刨料級(jí)配不滿足規(guī)范要求，需通過添加新集料進(jìn)行級(jí)配調(diào)整以滿足規(guī)范要求，通過添加新集料進(jìn)行試配試驗(yàn)，最終得到配比如表1所示。

表1 再生混合料新舊料摻配表 %

基于試配試驗(yàn)，并考慮到施工可行性，可采用5mm～25mm檔(桶料)粗集料對(duì)舊料進(jìn)行級(jí)配改善，配比量為：銑刨料:新集料=75∶25，即舊料再生摻配率為75%。調(diào)整后的配合比均滿足《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)[8]規(guī)定的級(jí)配曲線范圍。

2.4 最佳含水量確定

采用重型擊實(shí)試驗(yàn)，針對(duì)以上新舊料配比及5個(gè)水泥劑量(3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%)的混合料進(jìn)行“含水量—干密度”曲線研究，確定最佳含水量與最大干密度，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 再生混合料最佳含水量與最大干密度

由表2可以看出，基于重型擊實(shí)試驗(yàn)，測(cè)得不同水泥劑量下再生混合料的最佳含水量與最大干密度差異不大，最佳含水量約為5.8%左右，最大干密度約為2.18g/cm3左右。

2.5 最佳水泥劑量確定

基于以上試驗(yàn)結(jié)果，在最佳含水量下按壓實(shí)度98%以上靜壓成型再生混合料試件，然后測(cè)定其7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度值Rc0.95試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 再生混合料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度R試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，再生混合料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著水泥劑量的增大而增大。該項(xiàng)目為快速路，參考《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)[8]對(duì)高速公路、一級(jí)公路對(duì)水泥冷再生基層混合料Rc 0.95強(qiáng)度規(guī)定值，應(yīng)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度值3MPa～5MPa的要求。

因此，從水泥穩(wěn)定碎石基層的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等綜合考慮，水泥冷再生基層現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段配合比的最佳水泥劑量確定為5%。

3 施工工藝

根據(jù)水泥就地冷再生的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)，水泥就地冷再生基層的主要施工流程，如圖3所示。

圖3 水泥就地冷再生基層施工工藝

3.1 原路面準(zhǔn)備

這一過程包括清除路面雜物、積水等，對(duì)再生頂面縱橫坡進(jìn)行預(yù)整形，該準(zhǔn)備階段應(yīng)注意以下2個(gè)方面：①對(duì)再生層頂面進(jìn)行彎沉測(cè)量；②對(duì)再生層頂面彎沉過大段，必須在再生前單獨(dú)處理；超過再生層厚度的、大的沉降或坡度變化，必須在再生前予以單獨(dú)處理。

3.2 準(zhǔn)備加新料與水泥

根據(jù)配合比設(shè)計(jì)，根據(jù)添加新集料的比例計(jì)算出每平米集料添加量，從而推算出一車料的堆放距離，然后用平地機(jī)進(jìn)行攤開，確保新加集料均勻撒布于再生層頂面。

水泥的添加主要有3種方式：人工擺放攤鋪水泥、水泥稀漿車、水泥撒布車撒布，如圖4所示。為確保施工均勻性，該項(xiàng)目采用水泥撒布車撒布水泥，并在撒布嘴后側(cè)罩上土工布，防止揚(yáng)塵。同時(shí)應(yīng)注意不要在全施工路段同時(shí)撒布水泥，應(yīng)在冷再生機(jī)單幅工作寬度范圍內(nèi)均勻撒布水泥，待一個(gè)單幅工作寬度的作業(yè)面完成后再進(jìn)行另外一個(gè)作業(yè)面的水泥撒布。

圖4 水泥撒布車

3.3 冷再生機(jī)銑刨與拌和

該步驟前，應(yīng)對(duì)冷再生機(jī)組進(jìn)行全面檢查，確保冷再生機(jī)與水車配合到位。該項(xiàng)目冷再生機(jī)采用維特根WR250如圖5所示，水車與冷再生機(jī)采用剛性連接，冷再生機(jī)推動(dòng)水車在再生面行進(jìn)。根據(jù)試驗(yàn)段最終確定再生機(jī)行進(jìn)速度為6m/min～8m/min，網(wǎng)裂嚴(yán)重地段采用較慢速度，再生混合料含水量應(yīng)控制為最佳含水量的±0.5%～±1%。再生機(jī)后安排4～5人處理邊線和清理混合料中的雜質(zhì)以及每刀起始位置的余料，以防止影響縱向接縫、橫向接縫、平整度和再生混合料的密實(shí)性。

圖5 維特根WR250再生機(jī)

3.4 碾壓成型

碾壓是水泥就地冷再生混合料成敗的重要環(huán)節(jié)。該項(xiàng)目結(jié)合文獻(xiàn)推薦的方式，通過試驗(yàn)段總結(jié)，確定了水泥就地冷再生的碾壓工序如下：

(1)預(yù)壓采用1臺(tái)26t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2遍。由于該項(xiàng)目采用的維特根WR250冷再生機(jī)為輪胎式，兩輪胎之間的再生料未被壓實(shí)，造成再生范圍內(nèi)壓實(shí)不均勻，因此先采用26t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)靜壓2遍。

(2)在至少兩幅預(yù)壓完成后，應(yīng)立即采用平地機(jī)整平。

(3)初壓采用1臺(tái)26t的單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)高幅低頻振動(dòng)壓實(shí)2遍，使再生混合料能基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，如圖6所示。

(4)復(fù)壓采用1臺(tái)26t單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)低幅高頻振動(dòng)壓實(shí)2遍。

(5)終壓采用膠輪壓路機(jī)進(jìn)行，直至表面無輪跡為止，必要時(shí)可灑水碾壓，如圖7所示。

圖7 膠輪終壓

3.5 接縫處理

接縫處理是保證冷再生結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，防止反射裂縫的重要因素。接縫包括施工縱橫向接縫，新舊縱橫向接縫。

施工縱向接縫：該項(xiàng)目再生路幅寬度分為3.75m、7.75m、12m三種，應(yīng)進(jìn)行多刀施工，時(shí)刻注意搭接寬度，保證搭接寬度≥10cm，同時(shí)應(yīng)注意搭接寬度范圍內(nèi)的第二次再生應(yīng)關(guān)閉出水。再生長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)天氣情況確定，氣溫較高時(shí)，再生長(zhǎng)度超過50m就應(yīng)安排再生機(jī)折回，將全斷面內(nèi)的再生路幅施工到位，一并壓實(shí)，以減少施工縱向接縫對(duì)后期性能產(chǎn)生影響。

施工橫向接縫：施工中應(yīng)盡量減少停機(jī)現(xiàn)象，只要因再生機(jī)停機(jī)形成的橫向接縫，在停機(jī)處，再生機(jī)再次施工時(shí)，必須將整個(gè)再生機(jī)后退至再生過材料的1.5m的距離，并重新撒布水泥。

新舊縱向接縫：該項(xiàng)目個(gè)別路段再生路幅非全斷面，因此存在縱向新舊接縫，該縱向新舊接縫在設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮避開輪跡帶，并設(shè)置臺(tái)階、玻纖格柵、防水卷材進(jìn)行處理。在施工過程中接縫處填料不足需要人工補(bǔ)齊，大粒徑骨料要剔除；碾壓時(shí)先距接縫20cm～30cm將新料壓實(shí)，然后緊靠縫面碾壓，最后對(duì)接縫兩側(cè)新舊混合料應(yīng)進(jìn)行一并碾壓，如圖8所示。

圖8 新舊縱向接縫處理

新舊橫向接縫：對(duì)于再生機(jī)下刀的橫向接縫2m寬范圍內(nèi)應(yīng)將松散的再生料挖除，換填5%水泥穩(wěn)定碎石，與再生料一并碾壓。

3.6 養(yǎng)生與交通管制

水泥就地冷再生混合料作為一種水硬性材料，基層強(qiáng)度的增長(zhǎng)需要一定的養(yǎng)生，避免水分流失過多過快，同時(shí)也需要水的補(bǔ)給。冷再生基層在每一段碾壓完成并經(jīng)過壓實(shí)度檢測(cè)合格后，應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)生。該項(xiàng)目通過對(duì)比土工布與改性乳化瀝青透層油兩種養(yǎng)生方式，建議采用土工布灑水養(yǎng)生7d，基層表面、接縫處清掃干凈后，立即噴灑透層油，再檢測(cè)合格后完成稀漿封層施工。建議在稀漿封層施工24h后進(jìn)行瀝青下面層施工后，方可開放交通。

3.7 質(zhì)量控制

水泥就地冷再生基層除了從平整度、標(biāo)高、橫坡、彎沉、壓實(shí)度等常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行控制外，該項(xiàng)目在施工過程中還重點(diǎn)關(guān)注以下兩個(gè)方面：

(1)現(xiàn)場(chǎng)取芯率：通過現(xiàn)場(chǎng)取芯率來進(jìn)一步驗(yàn)證施工配合比是否達(dá)到要求。該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)取芯率達(dá)80%，芯樣完整性80%；

(2)橫向裂縫：作為判斷現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)生是否到位的一個(gè)重要指標(biāo)。該項(xiàng)目再生基層在施工封層前出現(xiàn)個(gè)別細(xì)微縮裂紋，但不存在貫穿性橫裂，采用玻纖格柵貼縫處理，如圖9所示。

圖9 再生芯樣

為進(jìn)一步提高工程質(zhì)量，建議今后的水泥就地冷再生基層的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中，增加現(xiàn)場(chǎng)取芯率、橫向裂縫指標(biāo)。建議每車道每100m取芯一次，基本完整的芯樣(芯樣高度>設(shè)計(jì)厚度的一半)比例應(yīng)達(dá)到80%；不允許存在貫穿性裂縫，橫向非貫穿性微裂縫(<0.5mm)不大于1條/百米。

4 討論

4.1 水泥就地冷再生路面基層的質(zhì)量

從現(xiàn)場(chǎng)跟蹤觀測(cè)及檢測(cè)結(jié)果可以看出：

(1)再生混合料7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度較傳統(tǒng)水泥穩(wěn)定碎石的小，但基本相差不大；

(2)現(xiàn)場(chǎng)的碾壓功與碾壓方式很大程度上影響了再生基層混合料的壓實(shí)度。該項(xiàng)目壓實(shí)度均≥98%，大于《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》(JTG F41—2008)[8]95%的要求，建議市政道路主干路以上的冷再生現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)不低于98%；

(3)再生基層可以作為快速路瀝青路面的基層使用。該項(xiàng)目再生層頂面彎沉彎沉代表值為40(0.01mm)，滿足設(shè)計(jì)基層頂面彎沉值的要求。

4.2 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

水泥就地冷再生工藝與傳統(tǒng)的挖除新建工藝相比，每平方米可節(jié)省17.91元[9]，節(jié)約幅度達(dá)21.36%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

水泥就地冷再生工藝施工機(jī)械化程度高，每天可再生6 000m2，節(jié)約工期78.12%[9]，大大節(jié)省了工期；能夠充分利用廢舊基層材料，減少新石料的開采，節(jié)約資源，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

水泥就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用對(duì)提高資源利用率、保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文在收集既有研究資料的基礎(chǔ)上，以福州市西三環(huán)路大修工程(洪灣路～灣邊大橋)項(xiàng)目為背景，對(duì)水泥就地冷再生技術(shù)進(jìn)行研究。

在施工方面，認(rèn)為碾壓與接縫處理是影響參數(shù)的關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格按照再生基層施工流程進(jìn)行精細(xì)化施工處理，禁止進(jìn)行簡(jiǎn)化施工。

在施工管理和質(zhì)量控制方面，通過增加現(xiàn)場(chǎng)取芯率、橫向裂縫指標(biāo)控制，現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量顯著提高，再生基層施工效果較一般水穩(wěn)基層更好。

實(shí)踐表明，水泥就地冷再生基層的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，可以作為快速路瀝青路面的基層使用。與傳統(tǒng)工藝相比，其節(jié)約造價(jià)、工期、資源等，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為進(jìn)一步提高再生基層工程質(zhì)量，建議后續(xù)開展水泥冷再生混合料振動(dòng)成型工藝研究，以更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)施工。

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Key Construction Technology of Cement Cold In-place Recycling for Road Base

CAIYelan

(Fuzhou Planning Design & Research Institute ,Fuzhou 350000)

All the performance indexes of the cold in-place recycling mixture of cement can meet the requirement of the specification，and it can be used as the base course of asphalt pavement for expressway. Compared with traditional technology, the cold in-place recycling mixture of cement can save the construction cost, period and resources, therefore the cold in-place recycling mixture of cement has good social and economic benefits. However, the difference of cold recycling technology in different regions and different grades of roads will affect the construction quality of the road base course. Therefore, based on the overhaul engineering of West Sanhuan Road in Fuzhou City, the key technologies of the cold in-place recycling mixture of cement, such as the process of mixture design, construction technology and quality control were discussed under the laboratory experiment and field test.

Road base; The cold in-place recycling mixture of cement; The process of mixture design; Construction technology

蔡葉瀾(1973.2- )，女，高級(jí)工程師。

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2016-12-29

U416

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1004-6135(2017)04-0065-06