公路路面水穩(wěn)基層施工技術(shù)研究

黃園園 豆阿龍

摘要 目前，在我國各級(jí)公路中，路面基層多數(shù)選擇以水泥穩(wěn)定材料和石灰、粉煤灰穩(wěn)定材料為代表的半剛性材料。道路通車運(yùn)營多年后，水泥基層病害叢生，為了恢復(fù)路面使用性能，文章結(jié)合具體案例，在全面了解路面病害原因的基礎(chǔ)上，提出了全深式冷再生施工方案，以提高公路路面水穩(wěn)基層的整體路用性能，延長路面使用壽命。

關(guān)鍵詞 路面工程;水泥穩(wěn)定碎石基層;全深式冷再生;施工流程

中圖分類號(hào) U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）05-0086-03

0 引言

在路面結(jié)構(gòu)當(dāng)中，路面基層屬于承重層，基層強(qiáng)度及質(zhì)量對(duì)路面結(jié)構(gòu)的使用性能及壽命起決定性作用。據(jù)大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，路面病害與基層質(zhì)量存在必然聯(lián)系。在我國各級(jí)公路當(dāng)中，水泥穩(wěn)定碎石基層應(yīng)用較多，該基層優(yōu)勢(shì)在于穩(wěn)定性、耐久性好，且具有較高強(qiáng)度和承載力。但在行車荷載和自然因素的長期作用下，水泥穩(wěn)定碎石基層病害問題嚴(yán)重，該文提出了全深式冷再生工藝，目前已在全國公路養(yǎng)護(hù)維修當(dāng)中得到了大力推廣，其不僅可以提高廢棄物的利用率，減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，還可以減少能耗，符合綠色、環(huán)保的發(fā)展理念[1]。

1 工程概況

該文以S227號(hào)青州段養(yǎng)護(hù)維修工程為研究對(duì)象，屬于省級(jí)主干道，通車運(yùn)營多年，瀝青路面老化嚴(yán)重，在車輛荷載和自然因素的影響下，路面出現(xiàn)了不同程度的病害，病害主要有龜裂、坑槽、車轍等，且伴有大量縱橫裂縫，在重載作用下，基層已被破壞，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣，無法完整取出芯樣，表明當(dāng)前路面基層強(qiáng)度下降或者已發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞[2]。根據(jù)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合道路實(shí)際情況，決定進(jìn)行水穩(wěn)基層全深式冷再生施工養(yǎng)護(hù)。

2 路面病害調(diào)查分析

為了掌握路面病害損壞情況，采用人工檢測(cè)法進(jìn)行路面破損程度調(diào)查與分析，主要對(duì)調(diào)查路段當(dāng)中路面病害類型、病害面積、長度等進(jìn)行測(cè)定。經(jīng)實(shí)際調(diào)查，S227號(hào)青州段存在不同程度的龜裂、縱裂、橫裂、坑槽、車轍、波浪、擁包、松散、沉陷等病害，按照公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)規(guī)定，對(duì)路面破損狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，綜合評(píng)價(jià)處于中、次等級(jí)，為此，不管是由道路性能方面，還是由交通安全方面來講，道路損壞程度嚴(yán)重，有需要進(jìn)行路面病害處理。

經(jīng)路面調(diào)查可知，S227號(hào)青州段為水穩(wěn)基層，此類基層的剛度、強(qiáng)度較好，且成本低，在我國各級(jí)公路當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用。但通過大量實(shí)踐表明，此類基層和瀝青面層組成的路面結(jié)構(gòu)屬于強(qiáng)基薄面組合，這種路面結(jié)構(gòu)形式極易出現(xiàn)反射裂縫等問題，在行車荷載與自然因素的長期作用下，路面結(jié)構(gòu)失效現(xiàn)象普遍。針對(duì)工程病害情況，可以將主要病害成因歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

2.1 裂縫病害及成因

路表水下滲到面層和基層間時(shí)，在行車荷載作用下，極易產(chǎn)生動(dòng)水壓力，并裹著水穩(wěn)基層材料不斷沖擊瀝青面層，從而產(chǎn)生裂縫，當(dāng)基層收縮變化明顯的情況下，可形成反射裂縫，進(jìn)一步破壞路面結(jié)構(gòu)，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重病害，比如坑槽等[3]。同時(shí)，當(dāng)上部路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，或者車輛荷載過大，也會(huì)破壞下部結(jié)構(gòu)，降低基層強(qiáng)度，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的網(wǎng)裂、松散病害。

2.2 坑槽病害及成因

雨水下滲過程中，由于路面結(jié)構(gòu)當(dāng)中存有隔水層，會(huì)阻礙雨水向下部結(jié)構(gòu)深入，這種情況下，雨水則滯留在面層處，且此處保留的水分不易蒸發(fā)，加上行車荷載的作用，將會(huì)加速瀝青的剝蝕程度，產(chǎn)生水損壞、網(wǎng)裂等病害，若不及時(shí)處理，病害進(jìn)一步發(fā)展，破壞程度加劇，形成坑槽。

2.3 車轍病害及成因

作為一種高溫類路面病害，車轍產(chǎn)生原因很多。在工程病害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，車轍病害成因可以總結(jié)為兩點(diǎn)，第一，S227號(hào)青州段交通量較大，且呈逐年增長的趨勢(shì)，在高溫條件下，道路行車壓力加大，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生車轍病害。第二，通車運(yùn)營多年，由于使用時(shí)間較長，路面產(chǎn)生了不同程度的各種病害，大幅降低了混合料當(dāng)中瀝青、集料間的粘結(jié)性能，進(jìn)而產(chǎn)生車轍。

3 路面病害治理方案

結(jié)合上述分析，調(diào)查路段存在不同程度的病害，主要病害為裂縫、坑槽、車轍等。若不及時(shí)處理，病害持續(xù)加劇，將會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度失效，甚至形成惡性循環(huán)，最終影響下部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，危害行車舒適性和安全性。為此，決定進(jìn)行病害處治與養(yǎng)護(hù)維修。經(jīng)多方討論，針對(duì)路段采取相應(yīng)措施對(duì)上面層和下面層、基層進(jìn)行合理處治[4]。首先，銑刨去除上面層;其次，現(xiàn)場(chǎng)銑刨處理下面層、基層后，采取全深式冷再生方案進(jìn)行處治;最后，根據(jù)路面破壞程度，在路面上部加鋪瀝青面層，厚度根據(jù)工程實(shí)際準(zhǔn)確確定。

4 全深式冷再生技術(shù)機(jī)理

在2019年版《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》當(dāng)中，全深式冷再生不再被歸納到就地冷再生范疇，在規(guī)定當(dāng)中，對(duì)于全深式冷再生工藝進(jìn)行了深入分析，要求做到兩點(diǎn)，第一，利用專門的再生設(shè)備進(jìn)行原路面瀝青層、部分基層做銑刨、翻松施工。第二，銑刨掉部分或所有原路面瀝青層后，就地翻松剩下的部分，一定條件下，需要摻加適量新骨料，隨后，根據(jù)配合比設(shè)計(jì)摻加其他材料，并作一系列攤鋪、碾壓施工，從而提高路面結(jié)構(gòu)層的承載力[5]。

相比瀝青路面就地冷再生，全深式冷再生主要用于基層材料再生，再生范圍較大，可以滿足公路深層再生的需求。目前來講，在一般瀝青路面面層再生當(dāng)中，處理深度最高可達(dá)到20 cm左右，但全深式冷再生的處理深度較大，可超過40 cm。作為一種新型就地冷再生工藝，全深式冷再生在我國公路養(yǎng)護(hù)維修當(dāng)中得到了大力推廣，其特點(diǎn)如下：

第一，環(huán)保，污染小。作為一種新型冷再生工藝，全深式冷再生工藝更先進(jìn)、更簡(jiǎn)單，同時(shí)更能滿足節(jié)能、環(huán)保的發(fā)展理念。一方面，全深式冷再生可以充分利用舊路材料，解決了舊路廢棄物處理的難題，舊料的再生利用，可以減少對(duì)自然環(huán)境的污染。另一方面，舊料的大量使用，減少了新料的用量，因此，對(duì)于環(huán)境而言，可以起到節(jié)約資源的目的。除此之外，該技術(shù)屬于冷再生工藝，無須在高溫下施工，同樣可以減少能耗，降低污染。

第二，舊料利用率高，成本低。全深式冷再生工藝，可以實(shí)現(xiàn)舊路材料100%利用，即便是無法100%利用，也僅須添加少量新集料與穩(wěn)定劑即可，這樣可以大幅減少新料成本。據(jù)國內(nèi)外相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，與傳統(tǒng)方式相比，全深式冷再生施工成本基本上可以降低30%左右，由此可見，全深式冷再生工藝的經(jīng)濟(jì)效益良好。

第三，施工簡(jiǎn)單，施工效率高。在傳統(tǒng)施工當(dāng)中，針對(duì)道路維修產(chǎn)生的舊料，需要及時(shí)運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)進(jìn)行填埋處理，而全深式冷再生施工無須此過程，可以就地冷再生一次性完成施工流程，同時(shí)，無須購買新料。除此之外，相比傳統(tǒng)廠拌再生技術(shù)，全深式冷再生機(jī)械化水平高，且具有較為成熟的舊料銑刨破碎技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝簡(jiǎn)化的目的，進(jìn)而可以提升整體施工效率。

5 混合料路用性能分析

為了保證水穩(wěn)基層全深式冷再生混合料性能良好，須在確定配合比設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同水泥、舊料摻量進(jìn)行試驗(yàn)，從而對(duì)其力學(xué)性能相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并由此確定水泥與舊料最佳摻量，用于施工指導(dǎo)[6]。

5.1 擊實(shí)試驗(yàn)分析

在路面基層試驗(yàn)當(dāng)中，擊實(shí)試驗(yàn)最為常見，通過該試驗(yàn)，可以獲取不同配合比條件下混合料的最佳含水量以及最大干密度。在試驗(yàn)當(dāng)中，測(cè)試采用三種摻量的水泥，即5%、6%、7%;舊料同樣采取三種摻量，即80%、90%、100%。所得結(jié)果如表1所示。

通過試驗(yàn)分析可知，（1）對(duì)于最佳含水量方面，當(dāng)水泥摻量增長時(shí)，混合料的最佳含水量也會(huì)隨之增加，當(dāng)舊料摻量降低時(shí)，則會(huì)下降。（2）對(duì)于最大干密度，當(dāng)水泥摻量增長時(shí)，混合料最大干密度也會(huì)隨之增加，但是，當(dāng)舊料摻量降低時(shí)，混合料的密實(shí)度則會(huì)增加。究其原因在于以下幾點(diǎn)，第一，當(dāng)水泥量增加的情況下，參與水泥水化反應(yīng)的水量會(huì)有所增加，這種情況下，混合料的最佳含水量也會(huì)隨之增加。也就是說，水泥量的增長，必定會(huì)強(qiáng)化膠結(jié)材料的能力，讓混合料密實(shí)度增加，進(jìn)而最大干密度提升。第二，當(dāng)混合料內(nèi)摻加一定量新料后，會(huì)加大混合料內(nèi)大粒徑的比重，這樣可以增加混合料骨架孔隙，但不易水分存留，將會(huì)降低最佳含水量，同時(shí)，與舊料相比，新料更密實(shí)，具有較大比重，因此，添加的新料越多，混合料的密實(shí)度越大。

5.2 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度分析

想要了解混合料的物理力學(xué)性能，在混合料路用性能檢測(cè)時(shí)，可進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)中，在養(yǎng)護(hù)期最后1 d，在一定溫度的恒溫水箱內(nèi)放置樣品，放置時(shí)間為24 h，并在萬能試驗(yàn)機(jī)上，按照每分鐘1 mm的加載速率進(jìn)行試件加載處理，并由此進(jìn)行試件破壞當(dāng)中最大壓力的記錄。根據(jù)分析，在三種不同摻量80%、90%、100%舊料條件下，水泥摻量為5%、6%、7%時(shí)，進(jìn)行7 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度如表2所示。

由表2可見，不同舊料用量下，當(dāng)水泥摻量增加，混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度會(huì)呈上升趨勢(shì)，尤其是水泥摻量由5%增加到6%的過程中，抗壓強(qiáng)度增長較為明顯。在確保強(qiáng)度的情況下，6%水泥摻量的應(yīng)用，不僅可以滿足道路再生施工要求，還能減少水泥用量，降低成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，為此，最終確定水泥摻量為6%。

為了確定舊料用量，決定對(duì)水泥摻量6%條件下的不同舊料用量進(jìn)行試驗(yàn)分析，采用了7 d、28 d、90 d不同齡期條件下的水泥穩(wěn)定冷再生混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，最終結(jié)果如表3所示。

由表3可見，在水泥摻量6%的條件下，三種不同舊料用量的混合料，在養(yǎng)護(hù)齡期由7 d升至90 d的過程中，混合料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度呈增長趨勢(shì)。但三種舊料用量的增長幅度有所不同，其中舊料用量100%的混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度增長幅度最大。雖然說，在養(yǎng)護(hù)齡期7 d時(shí)，舊料用量100%的混合料抗壓強(qiáng)度在其他兩種舊料用量混合料的抗壓強(qiáng)度之下，但是當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到28 d及90 d的時(shí)候，舊料用量100%的混合料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度已經(jīng)高于其他兩種混合料。因此，在無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)當(dāng)中，認(rèn)為選擇水泥摻量6%、舊料用量100%的混合料較為理想。

6 水泥穩(wěn)定基層冷再生施工工藝流程

施工當(dāng)中，按照配合比設(shè)計(jì)要求進(jìn)行材料的合理配置，隨后根據(jù)既定的施工工序，按部就班施工，具體施工工藝流程如圖1所示。

在具體施工當(dāng)中，針對(duì)拌和、整平碾壓等環(huán)節(jié)需要加大施工力度，具體施工要點(diǎn)如下：

（1）拌和施工要點(diǎn)。在確定冷再生設(shè)備及其各項(xiàng)參數(shù)的前提下，便可進(jìn)行拌和施工。再生設(shè)備施工前，應(yīng)提前撒布水泥穩(wěn)定材料，合理控制撒布范圍，整個(gè)環(huán)節(jié)可同時(shí)進(jìn)行撒布與拌和施工，精確控制水泥用量，減少材料浪費(fèi)。全深度冷再生工藝對(duì)交通影響小，可進(jìn)行半幅封閉施工，為避免拌和不均勻，要求在3～5 m/min內(nèi)控制再生設(shè)備行駛速度。

（2）整平碾壓施工要點(diǎn)。在工程當(dāng)中，冷再生機(jī)的噸位較大，達(dá)到了30 t，再生料在此設(shè)備的碾壓作用下，輪跡部位被碾壓到了路面之外，其他部位碾壓效果并不理想。因此，針對(duì)其他部位，可采取壓路機(jī)進(jìn)行整平碾壓施工。在整個(gè)碾壓施工環(huán)節(jié)，基本上和就地冷再生一樣進(jìn)行三個(gè)階段碾壓即可[7]。第一階段：初壓。此時(shí)，采用雙鋼輪壓路機(jī)施工，碾壓方式為組合法，即“靜+振”壓法，并合理控制碾壓速度，速度不易過快。第二階段：復(fù)壓。復(fù)壓與初壓不同，可采用單鋼輪壓路機(jī)，碾壓方式也改為振壓即可，振動(dòng)壓實(shí)4遍后，再通過膠輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓，碾壓遍數(shù)6遍即可，整體復(fù)壓需10遍。第三階段：終壓。終壓是最后一個(gè)碾壓階段，此時(shí)還可采取雙鋼輪壓路機(jī)，根據(jù)工程實(shí)際情況，進(jìn)行2遍靜壓即可。在碾壓施工中，初壓后，為了保證路面能夠平整，可以借助平地機(jī)進(jìn)行整平處理，而復(fù)壓結(jié)束后，便可檢測(cè)路面壓實(shí)度，保證能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。終壓后，則須徹底消除明顯輪跡，保證路面平整。

7 結(jié)束語

綜上所述，結(jié)合S227號(hào)青州段路況實(shí)際，找出病害原因，針對(duì)水穩(wěn)基層提出了全深式冷再生養(yǎng)護(hù)方案，通過擊實(shí)試驗(yàn)、無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，確定了水泥摻量6%、舊料用量100%的配合比方案，充分利用舊料，降低養(yǎng)護(hù)成本，以便對(duì)相似工程施工提供指導(dǎo)，加大全深式冷再生技術(shù)推廣應(yīng)用力度。

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