道路建造新技術(shù)探究

屈江鋒

（1.邢臺路橋建設(shè)集團有限公司，河北 邢臺 054001；2.河北省鋼混組合橋梁技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 邢臺 054001）

1 引言

隨著綠色交通發(fā)展的需要，我國交通運輸部提出綠色公路的建設(shè)理念。綠色公路是指按照系統(tǒng)論和周期成本思想，統(tǒng)籌公路建設(shè)質(zhì)量、資源利用、能源耗用、污染排放、生態(tài)影響和運行效率之間的關(guān)系，以及公路規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運營全過程的管理，以最少的資源占用和能源耗用、最低的污染排放、最輕的環(huán)境影響，獲得最優(yōu)的工程質(zhì)量和最高效的運輸服務(wù)，實現(xiàn)外部剛性約束與公路內(nèi)在供給之間最大限度均衡[1]。

2 道路病害

道路受原材料、施工、氣候、水文、光照、交通等方面的影響，會呈現(xiàn)出不同程度的病害，常見的病害有：路基沉降、斷板、裂縫、坑槽、唧漿、車轍、松散、沉陷、表面破損、橋頭跳車等。建造綠色公路旨在解決以上質(zhì)量通病，并在工程全壽命周期內(nèi)提供舒適、安全、環(huán)保、便捷、美觀、低能耗并與自然環(huán)境和諧共生的道路工程。

3 建造新技術(shù)

道路工程師針對道路病害和道路綠色建造技術(shù)開展了持續(xù)攻關(guān)、積極探索和創(chuàng)新實踐，研發(fā)出了適用于路基和路面施工的先進材料或建造技術(shù)。

3.1 路基施工新材料

3.1.1 泡沫混凝土

泡沫混凝土又稱泡沫輕質(zhì)土，由水泥、水、發(fā)泡劑通過機械設(shè)備拌和形成混凝土材料，是一種可自然澆筑成型、免振搗、環(huán)保、節(jié)能、綠色、價格低廉的新型建筑材料。該材料含有大量均勻細小的封閉氣孔和半封閉孔，具有較高的強度和較強的耐久性，密度可根據(jù)工程建設(shè)需要調(diào)整，一般為300～1 800 kg/m3，具有保溫隔熱、施工方便、產(chǎn)量較大等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在加寬段路基填筑、臺背回填、站臺填筑、坑道填筑、新型墻體、屋面保溫、國防工程等工程中。

3.1.2 液態(tài)粉煤灰

液態(tài)粉煤灰主要由水泥、水、粉煤灰、外加劑經(jīng)拌和而成，具有一定的流動性，密度一般是1 000 kg/m3，其利用了液態(tài)粉煤灰自重輕、密實性好、壓縮性小、回填效率高、易施工等特點，廣泛應(yīng)用在臺背回填中。但液態(tài)粉煤灰在臺背回填和路基填筑中需設(shè)置包邊土，包邊土的壓實質(zhì)量難以得到保證，工序較為復(fù)雜。

3.1.3 固體廢棄物

隨著城市更新、綠色環(huán)保等國家戰(zhàn)略的實施，砂石作為道路建造的主要材料，已成為極度稀缺的資源，供應(yīng)緊缺、價格飛漲等都影響了工程建設(shè)。近年來，固體廢棄物（如建筑垃圾、工業(yè)尾礦等資源）逐步在道路建設(shè)中得以應(yīng)用，取得了較好的經(jīng)濟和社會效益。

1）建筑垃圾。主要構(gòu)成為碎磚頭、土、砂漿、渣土和混凝土碎塊。其中，碎磚頭是良好的路基填筑材料。在應(yīng)用建筑垃圾填筑路基前，應(yīng)先對材料進行初選，分類堆放，分類處理，剔除鋼筋等雜物，撿出塊石、條石等附加值高的材料，對篩選的材料進行破碎和篩分處理，形成不同粒徑級配的材料，后經(jīng)布料、攤鋪、碾壓等工序應(yīng)用于路基工程中，并采用沉降差和灌砂法進行施工質(zhì)量檢驗。

2）工業(yè)尾礦。風化巖、煤矸石等工廢渣在道路建設(shè)中應(yīng)用較多，采用工業(yè)廢渣填筑道路需考慮材料浸水后的強度以及水穩(wěn)定性問題，且是否活性穩(wěn)定、是否含輻射元素等。這類材料的強度、剛度和水穩(wěn)定性主要取決于填料顆粒之間的相互嵌擠作用。例如，在結(jié)構(gòu)自重和車輛荷載作用下，以及雨水沖刷、凍融等多重作用，填料極易被壓碎，重新排列，產(chǎn)生較大的沉降，因此，要嚴格控制超粒徑原材料的檢驗和施工過程，確保材料成型質(zhì)量[2]。

3）泥漿廢渣。鉆孔灌注樁鉆孔過程中會產(chǎn)生較多的泥漿，破壞環(huán)境，處理困難，但資源寶貴。泥漿的利用方式有很多種，可以曬干后做路基填料，可以用于再造農(nóng)田，可以經(jīng)固化處理后形成一種較好的道路填筑材料，也可以通過機械方法對鉆渣泥漿進行分離，分離出的土、砂可供工程建設(shè)需要，變廢為寶。

3.2 路面施工

3.2.1 冷再生技術(shù)

冷再生技術(shù)是在常溫下使用冷再生專用設(shè)備連續(xù)完成銑刨和破碎既有道路基層或面層結(jié)構(gòu)、添加再生材料、拌和、攤鋪、碾壓成型等作業(yè)過程，在原位形成具有一定承載能力的新型基層或面層道路結(jié)構(gòu)。該工藝工序簡單、可不中斷交通、生產(chǎn)效率高、能節(jié)省大量的瀝青、砂石骨料等材料，就地利用原有道路廢棄材料，保護環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。冷再生的核心問題是要對既有道路結(jié)構(gòu)的材料組分進行科學(xué)評定，確定新結(jié)構(gòu)的最有配合比和再生材料的摻入比例，其次，是確保新混合料拌和均勻、碾壓密實、養(yǎng)護到位。泡沫瀝青冷再生技術(shù)作為新興的綠色建造方法，在養(yǎng)護工程中的應(yīng)用越來越多，其關(guān)鍵控制因素是再生混合料的級配設(shè)計、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計等，其中，對質(zhì)量影響較大的因素是瀝青種類和用量、拌和用水量、養(yǎng)護條件、水泥用量等，特別是發(fā)泡效果良好的瀝青，可以在混凝土中分散均勻，形成黏結(jié)力強的瀝青漿膜，充分均勻地將石料包裹，提高混合料的劈裂強度[3]。

3.2.2 熱再生技術(shù)

熱再生是將舊瀝青路面經(jīng)過一系列過程處理，如耙松、挖除、回收、破碎等，采用就地或廠拌等形式與再生劑、新瀝青材料、新集料等按一定比例重新拌和、攤鋪、碾壓而形成的路面結(jié)構(gòu)。主要分為廠拌熱再生和就地熱再生兩種。其中，就地熱再生包括整形再生、重鋪再生、復(fù)拌再生。廠拌熱再生技術(shù)的質(zhì)量較容易控制，但其應(yīng)用會受運輸條件、拌和設(shè)備等影響，就地熱再生質(zhì)量不易控制，但其節(jié)能節(jié)材、環(huán)保快速等方面優(yōu)勢突出，在當下發(fā)展道路綠色建造技術(shù)中將廣泛應(yīng)用。根據(jù)熱再生的能源供給方式，可以分為紅外線加熱、微波加熱、熱風循環(huán)式加熱等方式。

就地熱再生的主要特點和工藝是：實現(xiàn)原路面材料百分之百原價值循環(huán)再用；采用多組多排耙松裝置將路面充分耙松，可實現(xiàn)骨料不發(fā)生破壞；耙松后，新料添加前，均勻地噴灑再生劑，使再生劑與舊路充分混合，避免新料與再生劑接觸造成新料性能改變，再生劑種類、數(shù)量均根據(jù)前期實驗室實驗數(shù)據(jù)確定，保證充分恢復(fù)老化瀝青性能，噴灑再生劑的過程中，按照設(shè)定參數(shù)和施工速度噴灑比例準確的再生劑；多級加熱可實現(xiàn)瀝青路面充分軟化，滿足軟化、攤鋪、碾壓施工溫度要求，確保施工質(zhì)量，熱再生施工如圖1 所示。熱再生工藝的選擇取決于對舊路面的檢測、評價和材料的試驗結(jié)果，因此，對舊路面的研究應(yīng)成為重點工作。

圖1 就地熱再生施工現(xiàn)場

3.2.3 瀝青新材料

1）溫拌瀝青。溫拌瀝青是通過一定的技術(shù)措施，使瀝青能在相對較低的溫度下（通常比熱拌瀝青溫度低30～40 ℃）或者常溫環(huán)境下進行拌和、攤鋪和碾壓，同時保持其不低于熱拌瀝青的使用性能的瀝青混合料。溫拌瀝青混合料在拌制過程中需要添加溫拌劑，因此，該工藝較為復(fù)雜，但該工藝可減少30%的能源消耗，極大地減少燃油、天然氣等能源用量，具有低碳綠色的特點，今后應(yīng)重點在瀝青路面中推廣應(yīng)用。

2）透水瀝青。透水瀝青混凝土是以瀝青為膠結(jié)材料，以單一粒徑或間斷級配石料為粗骨料，并加入很少量的細骨料與瀝青形成黏結(jié)性、穩(wěn)定性和透水性的混凝土材料，該結(jié)構(gòu)具有較大的孔隙率，主要用于道路路面的鋪裝。主要包括開級配大空隙率瀝青混合料（OGFC） 路面、開級配瀝青穩(wěn)定碎石（ATPB）基層和半開級配瀝青碎石等類型。該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)就地消解和滲透地下水，能提高行車安全性，降低行車噪聲，廣泛適用于高速公路、海綿城市道路工程建設(shè)中。在城市道路中，透水瀝青路面與透水基層、透水墊層組合形成全透水道路結(jié)構(gòu)，可有效緩解城市熱島效應(yīng)和城市內(nèi)澇問題，全透水瀝青路面透水效果如圖2 所示。透水瀝青混凝土所用瀝青要求具有黏彈性、堅韌性和與集料之間的優(yōu)越的黏附性能，其中，橡膠瀝青的應(yīng)用既解決了廢舊輪胎資源化利用的問題，還提高了瀝青路面的使用性能。

圖2 全透水瀝青路面透水效果

3.2.4 預(yù)防性養(yǎng)護技術(shù)

指在不增加路面結(jié)構(gòu)承載力的前提下，對結(jié)構(gòu)完好的路面或附屬設(shè)施有計劃地采取某種措施，以達到保養(yǎng)路面系統(tǒng)、延緩損壞、保持或改進路面功能狀況的目的。預(yù)防性養(yǎng)護可以降低道路養(yǎng)護成本、延長道路使用壽命，提高道路行車安全。主要預(yù)防性措施有含砂霧封層、稀漿封層、微表處封層、同步碎石封層、纖維封層、復(fù)合封層、薄層熱拌瀝青混凝土罩面和熱再生技術(shù)等[4]。

3.2.5 半柔性混合料

在孔隙率在20%～25%的大空隙開級配基體瀝青混合料中灌入滿足一定技術(shù)性能要求的水泥基灌漿材料形成的半柔性混合料，是一種復(fù)合路面材料[5]。半柔性路面具有較強的耐疲勞性、優(yōu)越的高溫穩(wěn)定性、持久的耐油蝕性。隨著其水泥漿灌入量的增加，性能更為優(yōu)越，且水穩(wěn)定性好，該結(jié)構(gòu)在道路養(yǎng)護項目和渠化交通段應(yīng)用，可實現(xiàn)快速恢復(fù)交通、提高道路抗剪切破壞抗推移變形能力。

4 軟土地基處理

軟弱地基多采用表層排水、換填、粒料樁、水泥攪拌樁等方式進行加固或改良。其中，深層軟弱路基處理多采用粒料樁，傳統(tǒng)建造采用振沖器粒料打樁機，其灌入量難以控制，過程監(jiān)管困難，粒料樁深度難以確定等。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，通過引入衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對打樁機智能化改造，可有效監(jiān)控粒料樁反插次數(shù)、灌入量等參數(shù)，極大地提高了隱蔽工程的施工質(zhì)量。近年來也廣泛應(yīng)用了水泥攪拌樁、預(yù)制管樁等技術(shù)，具有施工快速、質(zhì)量可控，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點。對淺層軟基，可采用水泥改良、固化劑固化等方式進行處理。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，道路建造技術(shù)特別是長壽命道路、固廢資源化利用道路、冷熱再生等綠色低碳道路建造方面取得了新的突破，在碳達峰碳中和目標的要求下，材料創(chuàng)新、工藝革新、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新等仍應(yīng)該引起工程師的高度重視，要強化全壽命周期道路建管理念，探索降低碳排放的工藝和方法，為服務(wù)交通強國戰(zhàn)略提供重要的科學(xué)支撐和技術(shù)保障。