就地冷再生基層技術(shù)在公路改建中的應(yīng)用

林海成

摘 要：隨著公路舊路改造任務(wù)的加重，瀝青路面基層就地冷再生技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于舊路改建和養(yǎng)護(hù)中，也受到了公路建設(shè)管理部門的高度重視。冷再生技術(shù)具有施工工序簡(jiǎn)單，可不中斷交通，不易破壞路基，又能提高路況等級(jí)，同時(shí)可降低工程成本，使工程效率大幅度提高。更主要的是它能將所有原舊路材料全部利用，保護(hù)環(huán)境和資源，符合國(guó)家“節(jié)能、環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略”，被稱為“綠色施工技術(shù)”。本文就該項(xiàng)技術(shù)在公路改建項(xiàng)目中的應(yīng)用，從適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)、技術(shù)原理、施工工藝、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：公路改建 冷再生 應(yīng)用 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U418.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（b）-0048-03

1 “冷再生”技術(shù)簡(jiǎn)介

瀝青路面基層就地冷再生是指利用舊瀝青路面材料以及部分基層材料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)破碎加工，并根據(jù)級(jí)配加入一定量的新骨料和細(xì)集料，同時(shí)加入一定量的添加劑和適量的水，根據(jù)試驗(yàn)確定最佳配合比，在自然的環(huán)境溫度下連續(xù)完成材料的銑刨、破碎、添加、拌和、攤鋪、壓實(shí)、養(yǎng)護(hù)成型的作業(yè)過(guò)程，重新形成基層、底基層的一種工藝方法。

2 適用范圍

適用于舊瀝青路面，舊瀝青面層不宜超過(guò)5cm；基層為級(jí)配砂礫或碎石、無(wú)機(jī)穩(wěn)定混合料（砂石），層厚在30cm以上。

3 冷再生應(yīng)用概況

3.1 涇隆公路項(xiàng)目冷再生應(yīng)用概況

（1）項(xiàng)目概況。

涇隆公路起點(diǎn)K0+000位于涇源縣城北環(huán)路與西苑路交叉路口，路線橫穿六盤山自然保護(hù)區(qū)，終點(diǎn)位于隆德縣山河鎮(zhèn)接隆莊公路K14+234.49處，項(xiàng)目總長(zhǎng)28km。

舊路為三級(jí)公路，屬縣道，瀝青路面，最后一次改建于2000年，由于服役期較長(zhǎng)，路況狀況較差，因此進(jìn)行改建。

本項(xiàng)目按雙向兩車道三級(jí)公路整體式路基進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)速度選定為30km/h。路基寬度7.5m，路面寬度6.5m。

舊路K4+600～K27+206.69段：K4+600～K8+050段路基寬度7.5m，路面寬度6.5m；K8+050～K27+206.69段路基寬度7.5m，路面寬度6.0m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯顯示，K4+700～K27+206.69段舊路面層為3～5cm瀝青表處，部分路段后期養(yǎng)護(hù)罩面3cm，基層為15～20cm水泥石灰綜合穩(wěn)定砂礫基層，底基層為18～22cm天然砂礫，取芯過(guò)程中面層與基層大部分芯樣斷裂、松散、碎散，坑壁粗糙。舊路彎沉為172.5～234.5（0.01mm），局部段落可達(dá)287.9、420.4（0.01mm）。從路面表層上觀測(cè)，舊路大部分路段路基路面較平整，無(wú)明顯坑槽及瀝青剝落情況。部分路段出現(xiàn)的病害主要有翻漿、沉陷、邊坡滑塌，須要處理。

（2）路面設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目地處六盤山南麓，區(qū)域內(nèi)陰濕多雨，年平均降水量745.4mm，地下水位高，路基干濕類型按中濕考慮。

K4+750～K27+206.69段根據(jù)彎沉資料、沿線土質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)踏勘及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)綜合考慮確定土基模量為42.0MPa。

由于K4+750～K27+206.69段舊路路基寬度只有7.5m，路面改建應(yīng)首先考慮以提高結(jié)構(gòu)層為宜，不宜下挖，但路基一側(cè)臨溝、一側(cè)緊靠陡崖，縱斷面無(wú)法較大提高，綜合考慮，在設(shè)置了90處擋土墻后，保證縱斷面提高了24cm。路面方案可選擇新建底基層和冷再生底基層兩種方案。

經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)比較，冷再生底基層方案造價(jià)較低；另外，項(xiàng)目地處六盤山地區(qū)，區(qū)域內(nèi)陰濕多雨，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到路床長(zhǎng)期處于中濕狀態(tài)，結(jié)合舊路彎沉及鉆芯情況，為增長(zhǎng)道路使用壽命，挖除舊路面產(chǎn)生的廢料對(duì)環(huán)境不利，最終將部分路段的底基層設(shè)計(jì)為就地冷再生結(jié)構(gòu)。

最終確定路面結(jié)構(gòu)方案如下：

①新建路面結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)11.706km）。

面層：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩(wěn)定碎石或砂礫；

底基層：21cm級(jí)配砂礫；

路面總厚度：45cm。

②穩(wěn)定土就地冷再生底基層路面結(jié)構(gòu)（長(zhǎng)10.745km）。

面層：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩(wěn)定碎石或砂礫；

底基層：21cm穩(wěn)定土就地冷再生底基層；

路面總厚度：45cm。

涇隆公路“冷再生”底基層鋪筑面積為82387m2，相比節(jié)約造價(jià)561.12萬(wàn)元，占總造價(jià)的4.4%。

（3）路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。

共計(jì)10.745km/14段設(shè)計(jì)為就地冷再生底基層。經(jīng)銑刨、試驗(yàn)舊路材料級(jí)配不良，設(shè)計(jì)中考慮增加碎石，進(jìn)行摻配，根據(jù)篩分等試驗(yàn)，確定其摻配比例為舊路面材料：摻配5～10mm碎石=85%：15%，施工要求水泥穩(wěn)定砂礫7天浸水抗壓強(qiáng)度90%概率值不小于2.0MPa，施工時(shí)要求增加0.5%的水泥劑量。

根據(jù)級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果，分別按4.0%、4.5%和5.0%的水泥劑量進(jìn)行試驗(yàn)，最終選用4.5%的水泥劑量進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

（4）施工檢測(cè)結(jié)果。

Ⅰ合同段水泥穩(wěn)定冷再生底基層配合比，舊路面材料：碎石（5～10mm）=85∶15；最大干密度為2.262g/cm3，最佳含水量為5.2%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：水泥劑量5.5%時(shí)為3.1MPa，水泥劑量6.0%時(shí)為3.7MPa。頂面彎沉實(shí)測(cè)彎沉為97.7～98.9（0.01mm）之間，均小于設(shè)計(jì)彎沉值192.3（0.01mm）。底基層芯樣完整，坑壁光滑，滿足要求。

Ⅱ合同段水泥穩(wěn)定冷再生底基層配合比，舊路面材料：碎石（9.5～19mm）=85∶15；水泥：集料=5.5或6.0∶100。最大干密度為2.197g/cm3，最佳含水量為6.8%，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度：水泥劑量5.5%時(shí)為3.2MPa，水泥劑量6.0%時(shí)為3.9MPa。頂面彎沉實(shí)測(cè)彎沉為149.2～176.9（0.01mm）之間，均小于設(shè)計(jì)彎沉值192.3（0.01mm）。底基層芯樣完整，坑壁光滑，滿足要求。

3.2 盤河至甘城公路項(xiàng)目冷再生應(yīng)用概況

盤河至甘城公路修建于2004年，起點(diǎn)位于S101線K269+900左側(cè)（東側(cè)），終點(diǎn)止于S203線K373+900右側(cè)（西側(cè)），路線全長(zhǎng)21.7km。舊路為三級(jí)瀝青路面，路基寬7.5m，路面寬6.0m。

已出現(xiàn)病害有翻漿、車轍、坑槽等，影響出行。項(xiàng)目屬黃土丘陵區(qū)，中溫帶干旱氣候區(qū)。

通過(guò)鉆芯取樣結(jié)果顯示，舊路路面結(jié)構(gòu)層為：2.5～3.0cm細(xì)粒式瀝青砼面層、15～19cm水泥穩(wěn)定砂礫基層、15～20cm級(jí)配砂礫底基層。通過(guò)觀察舊路基層頂面還板結(jié)較好，具有一定強(qiáng)度，但下部混合料松散。全線路基按干燥考慮，根據(jù)調(diào)查舊路路面彎沉反映，大部分舊路彎沉在139.5～187.9（mm）之間，換算回彈模量為62～79MPa之間。

共有16km路段，可選擇提高24cm高程新建基層補(bǔ)強(qiáng)和提高4cm高程就地冷再生基層兩種改建方案。

方案1：

穩(wěn)定土就地冷再生底基層路面結(jié)構(gòu)如下：

面層：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13C粗型連續(xù)密集配）；

基層：20cm穩(wěn)定土就地冷再生基層（摻配15% 5～10mm碎石）；

路面總厚度：24cm。

方案2：

補(bǔ)強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)如下：

面層：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩(wěn)定砂礫；

路面總厚度：24cm；

其中2km長(zhǎng)的雙井街道無(wú)法提高需要挖除舊路面新建。

新建路面結(jié)構(gòu)如下：

面層：4cm細(xì)粒式瀝青混凝土；

基層：20cm水泥穩(wěn)定砂礫；

底基層：20cm級(jí)配砂礫；

路面總厚度：44cm。

經(jīng)過(guò)造價(jià)比較，冷再生方案造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)明顯，故選擇冷再生方案。

因舊路銑刨后材料級(jí)配不良，設(shè)計(jì)中考慮增加碎石，進(jìn)行摻配，要求碎石含泥量不超過(guò)0.7%，粒徑規(guī)則，粒料干凈，壓碎值不大于30%。根據(jù)篩分等試驗(yàn)，確定其摻配比例為舊路面材料：摻配5～10mm碎石=85%∶15%，施工前必須做水泥穩(wěn)定舊路面材料基層配合比試驗(yàn)，要求水泥穩(wěn)定砂礫7天浸水抗壓強(qiáng)度90%概率值不小于2.5MPa，施工時(shí)均要求增加0.5%的水泥劑量，采用再生機(jī)拌合施工。

根據(jù)級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果，按照《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》分別配3.5%、4.0%和4.5%的水泥劑量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn)，然后采用烘干法測(cè)定試件最佳含水量，并計(jì)算最大干密度。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，設(shè)計(jì)按照4.0%的水泥劑量進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

根據(jù)交工運(yùn)營(yíng)兩年情況看，該項(xiàng)目路面未出現(xiàn)由于冷再生基層原因引起的病害。

盤河至甘城公路，由于16km采用了“冷再生”基層，面積計(jì)94564m2，相比節(jié)約造價(jià)676.42萬(wàn)元。占總造價(jià)的17.05%。

4 冷再生設(shè)計(jì)前期工作

4.1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)公路使用功能、交通量及公路等級(jí)對(duì)路面強(qiáng)度的要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂?、水文、土質(zhì)等自然條件，本著節(jié)約使用筑路材料，利于環(huán)境保護(hù)的原則，選擇技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、有利于機(jī)械化施工的路面結(jié)構(gòu)方案，結(jié)合舊路彎沉、鉆芯等資料，借鑒當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮后進(jìn)行路面綜合設(shè)計(jì)。

4.2 舊路面調(diào)查分析

（1）重點(diǎn)調(diào)查破損情況包括裂縫率、車轍深度、修補(bǔ)面積等。

（2）評(píng)價(jià)舊路面結(jié)構(gòu)承載能力。

（3）進(jìn)行分層挖孔取樣和試驗(yàn)，采集瀝青混合料和基層、底基層、土基的樣品，分析破壞原因，判斷其破壞層位和是否可以利用。

（4）挖孔取樣調(diào)查路床范圍內(nèi)路基土的分層含水量與土質(zhì)類型及承載力等，分析路基的穩(wěn)定性、強(qiáng)度以及路基路面范圍內(nèi)排水狀況等。

4.3 取樣及試驗(yàn)

設(shè)計(jì)階段試驗(yàn)采用冷再生機(jī)沿舊路每隔500m取試樣一組，要求取樣寬度為舊路面寬度，長(zhǎng)度約20m，深度按再生基層厚度確定。

4.4 計(jì)算準(zhǔn)確摻加材料的用量，確定配合比

（1）確定試樣的干質(zhì)量計(jì)算。

試樣的干質(zhì)量=試樣的風(fēng)干質(zhì)量×（1-風(fēng)干試驗(yàn)的含水量）

（2）確定穩(wěn)定劑的用量計(jì)算。

水泥用量=水泥的百分比×試樣的干質(zhì)量

（3）摻加材料用量的確定。

試樣的加水百分比=試樣的最佳含水量-風(fēng)干試驗(yàn)的含水量

加水質(zhì)量=試樣的加水百分比×試樣干質(zhì)量+穩(wěn)定劑添加量

碎石用量=路寬×壓實(shí)厚度×最大干容重×壓實(shí)度×摻碎石量/碎石密度

水泥用量=壓實(shí)厚度×最大干容重×壓實(shí)度×水泥劑量/[1+水泥劑量]

5 “冷再生”技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）保護(hù)環(huán)境和資源。

因?yàn)槌浞掷昧嗽访驺娕俚膹U棄料，舊料得以全部就地利用，減少了新材料的開采，目前該區(qū)各地砂礫料儲(chǔ)量十分匱乏，部分地區(qū)已經(jīng)枯竭，利用舊路面材料解決了砂石材料不足的問(wèn)題，也不存在舊料運(yùn)輸和廢料隨意堆放問(wèn)題，減少了施工中產(chǎn)生的粉塵和廢氣污染；使用該技術(shù)可減輕對(duì)環(huán)境的污染，減少能源的消耗。

（2）工序簡(jiǎn)單，工期短，充分發(fā)揮了投資效益。

由于原有的路面材料被就地利用，省略了挖掘、外運(yùn)、廠內(nèi)加工及回填等一系列工作，使得施工工序簡(jiǎn)化，提高了生產(chǎn)效率。就地冷再生技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單，施工進(jìn)度快，開放交通早，保證道路的暢通；再生后可以明顯提高路面基層的強(qiáng)度，改善路面使用性能，使投資效益得以充分發(fā)揮。

（3）減少征地拆遷。

舊路改建一般為加高路面結(jié)構(gòu)層，需要加寬路基，冷再生可避免廢棄料占地及路面標(biāo)高提高后的新增占地、伐移樹木、拆遷。

（4）降低了工程造價(jià)。

舊路改建一般需要加高和拼寬路基，平交、交通工程、構(gòu)造物無(wú)法利用需要拆舊建新改造，加之路面工程一般約占總造價(jià)的40%，冷再生技術(shù)降低了工程造價(jià)；隨著再生基層厚度的增加，造價(jià)降低越大。

（5）解決了困難路段路基無(wú)法加高的問(wèn)題。

舊路上加鋪基層是公路改建和養(yǎng)護(hù)傳統(tǒng)的處理方式，這導(dǎo)致隨著路面標(biāo)高的不斷提高使得路面寬度變得越來(lái)越窄，且周邊與之搭接的道路高度也隨之提高，給沿線村莊出行及排水帶來(lái)難于解決的問(wèn)題。在一些街道、臨近民房、平交口多、橫斷面方向?yàn)閼已露钙碌穆范?，縱斷面根本就無(wú)法提高，而冷再生方案恰好解決了這一問(wèn)題。

（6）不損壞路基。

再生機(jī)在路基上只通過(guò)一次，與傳統(tǒng)的施工工藝相比，對(duì)路基的損壞最低。

6 “冷再生”技術(shù)應(yīng)用存在問(wèn)題及對(duì)策

根據(jù)施工期設(shè)計(jì)回訪及后期調(diào)查，冷再生目前存在以下問(wèn)題。

（1）縱向搭接處存在縱縫、產(chǎn)生不均勻橫向裂縫。

首先，從交通量組成上看，重型車輛較多；其次，對(duì)冷再生級(jí)配和細(xì)料含量應(yīng)多加控制；縱向裂縫產(chǎn)生的原因與拌和時(shí)橫向搭接有關(guān)，這個(gè)問(wèn)題亟待繼續(xù)調(diào)查與研究。

（2）舊路材料的差異性對(duì)配合比、強(qiáng)度有影響。

雖然采用冷再生機(jī)對(duì)舊路按頻率進(jìn)行取樣、試驗(yàn)，但舊路材料出現(xiàn)差異性，可通過(guò)以下方式解決。

①對(duì)舊路修建歷史進(jìn)行調(diào)查，對(duì)原設(shè)計(jì)資料、竣工資料進(jìn)行調(diào)閱，必要時(shí)向施工方進(jìn)行查詢。

②設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)材料變異，加密取樣試驗(yàn)頻率，以提供合理的配合比。

（3）“冷再生”技術(shù)需要專用設(shè)備。

地方項(xiàng)目一般規(guī)模較小，租借設(shè)備困難，施工管理等觀念還未轉(zhuǎn)變，仍存在一定困難。但通過(guò)統(tǒng)籌安排和推廣應(yīng)用，可以在農(nóng)村公路的改建中得以實(shí)現(xiàn)。

（4）改建層位的選擇。

在輕交通的公路改建中，基層再生相比底基層再生，造價(jià)明顯偏低，前者更有優(yōu)勢(shì)。

中等交通的公路改建，可采用加深再生基層的方法解決（最厚可達(dá)30cm）。

重交通的公路改建，應(yīng)先對(duì)舊路面進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，再對(duì)再生底基層加鋪新基層方案同直接補(bǔ)強(qiáng)方案比較后綜合考慮。

7 結(jié)語(yǔ)

“十一五”“十二五”期間已修建了大量瀝青路面的公路，包括的農(nóng)村公路、國(guó)省干線，本技術(shù)這些公路在改建時(shí)應(yīng)用前景廣闊。

隨著國(guó)家投融資、環(huán)保和再生資源利用政策的影響，本技術(shù)具備降低工程造價(jià)、利于環(huán)保、節(jié)約占地和資源的優(yōu)點(diǎn)，也符合國(guó)家的節(jié)能減排政策，它的應(yīng)用，為發(fā)展綠色交通必將做出積極貢獻(xiàn)，因此推廣意義重大。

參考文獻(xiàn)

[1] JTJ 034-2000，公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTG F41-2008，公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范[S].

[3] DB 64/T1058-2014，水泥穩(wěn)定就地冷再生路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].