談高速公路擴(kuò)建中水穩(wěn)冷再生基層施工要點(diǎn)

王 程

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

伴隨省內(nèi)高速公路建設(shè)實(shí)力的快速提升，近十年內(nèi)，省內(nèi)新建高速項(xiàng)目里程不斷刷新歷史最高值，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)施保障；但是，對(duì)于服役年限超過15年的既有線路中，大部分已到達(dá)使用壽命，路面在長期荷載及外部惡劣環(huán)境的耦合作用下，出現(xiàn)了不同程度的病害，部分既有高速線路全面進(jìn)入養(yǎng)護(hù)維修高峰期。傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)是對(duì)破損路面直接刨除，并重新鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)層，該維修方式雖然能夠從根本上解決路面病害，但是在施工周期長、施工成本居高不下、長時(shí)間封閉交通等缺陷的影響下，導(dǎo)致該養(yǎng)護(hù)技術(shù)無法廣泛推廣。

水穩(wěn)基層是水泥穩(wěn)定碎石道路基層的簡(jiǎn)稱，水穩(wěn)碎石基層本質(zhì)上是公路剛性結(jié)構(gòu)層逐步向?yàn)r青柔性面層過渡的半剛性基層材料，該材料具備承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性良好、密封性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)。借助水穩(wěn)冷再生基層施工技術(shù)，能夠節(jié)約大量的筑路砂石材料，壓縮工程投資額，工程經(jīng)濟(jì)效益顯著。

1 水穩(wěn)碎石基層主要性能分析

工程實(shí)踐證實(shí)，道路基層材料的性能是決定高速公路路用性能和服役壽命的重要指標(biāo)之一，通過調(diào)查省內(nèi)高速公路基層結(jié)構(gòu)早期破壞情況可知，基層結(jié)構(gòu)損壞和基層結(jié)構(gòu)質(zhì)量緊密相關(guān)。綜上，為了提升高速公路的施工質(zhì)量，應(yīng)尤其重視基層材料性能和質(zhì)量。

1.1 強(qiáng)度及剛度性能

為了滿足路面整體的承載能力和剛度要求，水穩(wěn)碎石基層結(jié)構(gòu)必須具備較高的強(qiáng)度及剛度指標(biāo)；路面車輪長期反復(fù)荷載傳遞至水穩(wěn)碎石基層位置，必須保證水穩(wěn)基層具備足夠的抗彎剛度，防止基層出現(xiàn)過量的殘余變形，甚至是荷載疲勞破壞。水穩(wěn)碎石基層的強(qiáng)度及剛度表現(xiàn)在以下兩方面，即：水穩(wěn)碎石基層本身的強(qiáng)度，可以通過碎石的壓碎值或者碎石磨損值表征，或者采用碎石標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度代替；另外，水穩(wěn)碎石基層整體的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。

1.2 抗開裂性能

路面基層材料為典型的溫敏和濕敏型材料，外部溫度及濕度在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，基層局部將產(chǎn)生不同程度的拉應(yīng)力，一旦壓應(yīng)力超過基層結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，將引起基層局部開裂?；鶎游恢玫母煽s開裂不但會(huì)直接破壞路面基層結(jié)構(gòu)的抗彎剛度、穩(wěn)定性和整體性；在外部荷載下，基層開裂容易沿著路面結(jié)構(gòu)向上形成荷載反射裂縫，綜上，在工程實(shí)踐中，基層結(jié)構(gòu)的收縮值越低，工程特性越高。水穩(wěn)碎石基層材料的收縮可以分為兩種類型，即：由于水分蒸發(fā)引起的干縮和由于溫差引起的溫縮，溫縮引起的病害程度要遠(yuǎn)大于干縮，在常規(guī)施工條件下，外界溫度低于-5 ℃時(shí)，路面將誘導(dǎo)產(chǎn)生眾多橫向裂縫，裂縫寬度集中在0.5 mm～1.8 mm之間，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析，該裂縫主要是由于溫縮引起；相比之下，干縮裂縫的控制難度較低，若能夠較好地控制水穩(wěn)碎石基層的水分蒸發(fā)，將徹底解決干縮開裂問題。

1.3 抗沖刷性能

分析施工現(xiàn)場(chǎng)的半剛性基層的抗沖刷能力可知，水穩(wěn)碎石基層的沖刷特性普遍存在，由于長期沖刷引起的路面“唧泥”問題普遍存在，在外部荷載擠壓作用下，路面自由水將滲透至路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部，若水分長期滯留在基層位置將導(dǎo)致水穩(wěn)碎石基層出現(xiàn)“過飽和”問題，在上部荷載的作用下，基層內(nèi)部的水壓力持續(xù)上升，帶有壓力的水流將直接沖刷基層中的碎石混合料，尤其是級(jí)配值較低的混合料，伴有碎石混合料的水分在荷載作用下將從路面裂縫中冒出形成路面“唧泥”。綜上，在施工過程中必須保證水穩(wěn)碎石基層具備良好的抗沖刷能力，以防止出現(xiàn)路面大面積“唧泥”病害。

2 水穩(wěn)碎石冷再生基層在高速公路擴(kuò)建施工中的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

本文選取省內(nèi)某高速擴(kuò)建升級(jí)施工項(xiàng)目為研究案例，工程地點(diǎn)位于山西省西南部，起訖點(diǎn)樁號(hào)為K1350+000～K1358+400，線路全長8.4 km；服役將近20年，在2012年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)中，本路段的標(biāo)準(zhǔn)軸荷載作用次數(shù)已經(jīng)突破2 400次/d，已屬于重交通量范疇，在長期的車輛荷載和外部環(huán)境的耦合作用下，路面病害突出，亟待擴(kuò)建升級(jí)。圖1為擴(kuò)建養(yǎng)護(hù)施工前的路面病害現(xiàn)場(chǎng)情況。

2.2 水穩(wěn)碎石冷再生基層利用

結(jié)合最新的JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，本次水穩(wěn)碎石基層結(jié)構(gòu)擴(kuò)建施工使用的水泥為加緩凝劑的PM32.5普通硅酸鹽水泥。再生劑的顆粒級(jí)配范圍必須滿足JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)于基層級(jí)配混合料的3號(hào)范圍要求，參考本工程項(xiàng)目銑刨混合料的級(jí)配范圍，本次施工不需要額外添加新的骨料。表1為水穩(wěn)碎石基層的集料級(jí)配表。

表1 水穩(wěn)碎石基層的集料級(jí)配

結(jié)合最新的JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，高速公路使用的水穩(wěn)碎石基層的水泥穩(wěn)定集料的7 d齡期對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度值應(yīng)滿足表2要求。

表2 抗壓強(qiáng)度值

結(jié)合最新的JTG/T F20—2015公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范相關(guān)要求，本施工項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為1.42×107，大于1.2×107次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，故取值為4.0 MPa作為7 d的浸水后抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。由于本工程項(xiàng)目中使用到的碎石混合料部分因化學(xué)反應(yīng)而鈣化，導(dǎo)致承載強(qiáng)度下降，材料脆性增強(qiáng)，所以，水穩(wěn)碎石混合料的早期強(qiáng)度值不應(yīng)設(shè)計(jì)過高，本次施工使用的水穩(wěn)碎石冷再生基層混合料的7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3 MPa。

2.3 水穩(wěn)碎石冷再生基層施工關(guān)鍵工藝

水穩(wěn)碎石冷再生基層施工采用專業(yè)化的施工機(jī)械設(shè)備，在原有瀝青路面表面直接銑刨、翻挖、破損；采用攤鋪設(shè)備一次性混合加入水泥、水及級(jí)配碎石，攤鋪壓實(shí)成型。圖2為冷再生施工工藝流程。

冷再生現(xiàn)場(chǎng)施工采用機(jī)械設(shè)備聯(lián)合作業(yè)完成，冷再生設(shè)備之前布置灑水車和水泥凈漿攪拌車，二者剛性銜接，確保同步作業(yè)要求。冷再生設(shè)備后續(xù)銜接整平機(jī)和壓實(shí)設(shè)備。經(jīng)可靠壓實(shí)后的基層需及時(shí)覆膜養(yǎng)生，必要情況下設(shè)置施工圍擋封閉交通，確保基層在尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前防止受到荷載沖擊破壞，水穩(wěn)碎石基層冷再生施工的最大作業(yè)面寬度為3 m，相鄰刀片重疊長度應(yīng)不低于300 mm，防止出現(xiàn)“漏刀”問題。銑刨施工階段，冷再生設(shè)備和灑水車剛性連接，明確水分摻加量，應(yīng)及時(shí)檢測(cè)銑刨深度值，保證銑刨深度到位；現(xiàn)場(chǎng)檢查人員應(yīng)隨時(shí)檢查混合料含水率，一旦含水率偏離正常范圍，應(yīng)及時(shí)向?yàn)⑺嚥僮魇职l(fā)送指令，調(diào)整灑水量。一個(gè)完整的施工單元應(yīng)控制在100 m范圍內(nèi)，且施工刀具的搭接長度應(yīng)不低于300 mm，橫向施工縫和作業(yè)面搭接長度應(yīng)控制在5 m～7 m范圍內(nèi)，確保水穩(wěn)碎石基層的整體性。圖3為項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)情況。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)技術(shù)是對(duì)破損路面直接刨除，并重新鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)層，該維修方式雖然能夠從根本上解決路面病害，但是在施工周期長、施工成本居高不下、長時(shí)間封閉交通等缺陷的影響下，導(dǎo)致該養(yǎng)護(hù)技術(shù)無法廣泛推廣。水穩(wěn)碎石基層冷再生施工技術(shù)很好地解決了傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)的缺陷，經(jīng)工程項(xiàng)目實(shí)踐論證，水穩(wěn)碎石基層冷再生施工技術(shù)完全適用于既有高速公路的擴(kuò)建養(yǎng)護(hù)施工要求，滿足推廣使用條件。