大厚度廠拌冷再生基層施工技術(shù)研究

屈江鋒

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

1 引言

隨著環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，建筑材料緊缺成為束縛道路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)的重要因素。因此，針對(duì)如何利用既有道路，減少原材料的應(yīng)用，工程師們提出了冷再生技術(shù)。冷再生技術(shù)分為廠拌冷再生技術(shù)和就地冷再生技術(shù)。其中，廠拌冷再生技術(shù)因其優(yōu)越的施工質(zhì)量水平被廣泛應(yīng)用，其做法為：采用銑刨出來(lái)的舊瀝青混凝土路面材料，經(jīng)過(guò)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐浜媳仍O(shè)計(jì)，添加水泥、新集料等材料在穩(wěn)定碎石拌和站拌和而成的再生材料[1]。

半剛性基層的壓實(shí)厚度一般為18 cm，厚度大于30 cm 的統(tǒng)稱(chēng)為大厚度半剛性基層。傳統(tǒng)施工中采用每層壓實(shí)厚度不大于18 cm 的分層攤鋪法，其主要采用的施工設(shè)備為220 kN（22 t）振動(dòng)壓路機(jī)，配合最大攤鋪厚度為35 cm 的基層攤鋪機(jī)進(jìn)行施工。其缺點(diǎn)是施工時(shí)間長(zhǎng)、成本高、層間結(jié)合不好。隨著科技的進(jìn)步，在路基施工中大噸位振動(dòng)壓路機(jī)（36 t 以上）的出現(xiàn)及應(yīng)用，使大厚度（壓實(shí)厚度大于30 cm）路基施工工藝已日趨成熟；大馬力，攤鋪厚度在50 cm 以上的攤鋪機(jī)的出現(xiàn)（如中大DT1600 攤鋪機(jī)），使大厚度攤鋪成為可能。

本文以省道邢和線(xiàn)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工程為背景，將大厚度和廠拌冷再生兩種技術(shù)有效整合，實(shí)現(xiàn)了廠拌冷再生大厚度基層一次性攤鋪技術(shù)順利實(shí)施，這種工藝非常符合我國(guó)建設(shè)任務(wù)重、工期短、成本高、建材資源短缺、材料價(jià)格高、環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)等特點(diǎn)，符合我國(guó)綠色發(fā)展理念。

2 水泥穩(wěn)定冷再生混合料設(shè)計(jì)方法研究

2.1 原材料

2.1.1 舊路面材料

由于再生技術(shù)的特點(diǎn)，在進(jìn)行水泥穩(wěn)定冷再生路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工前，需在室內(nèi)進(jìn)行相關(guān)原材料的檢測(cè)和混合料配合比設(shè)計(jì)，以便有針對(duì)性地結(jié)合路況和原材料的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。

不同路段、不同光照等影響下的舊路面材料性能不同，因此，必須充分取樣，科學(xué)評(píng)判銑刨材料的化學(xué)組分、顆粒級(jí)配、材料活性等參數(shù)，以此作為再生混合料冷再生穩(wěn)定劑摻量和配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.1.2 水泥和添加劑

考慮到大厚度攤鋪和廠拌冷再生基層的設(shè)計(jì)和施工要求，采用早期強(qiáng)度高的普通硅酸鹽水泥，種類(lèi)為P·O32.5 或P·O42.5，添加劑量應(yīng)滿(mǎn)足試驗(yàn)要求的強(qiáng)度。水泥初凝時(shí)間應(yīng)大于3 h，終凝時(shí)間應(yīng)大于6 h 且小于10 h[2]。緩凝劑和早強(qiáng)劑應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的要求。

2.1.3 新集料

新添加的石屑或碎石需滿(mǎn)足規(guī)范對(duì)普通水泥穩(wěn)定碎石集料的相關(guān)要求。

2.1.4 水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的均可作為基層拌和、養(yǎng)護(hù)用水。

2.2 級(jí)配設(shè)計(jì)

通過(guò)一系列性能測(cè)試結(jié)果，充分掌握舊瀝青路面銑刨后的級(jí)配情況，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的前提下，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)性、施工方便性等因素，確定最終級(jí)配設(shè)計(jì)方案。

2.3 確定最大干密度和最佳含水率

該項(xiàng)目采用振動(dòng)成型法檢測(cè)混合料的最大干密度和最佳含水量。按照確定的最大干密度和最佳含水量，以及要求的壓實(shí)度，計(jì)算不同水泥劑量的試件對(duì)應(yīng)的干密度。再按照最佳含水量和計(jì)算的干密度，采用靜壓法制備試件。經(jīng)過(guò)外委試驗(yàn)最后確定水泥冷再生混合料摻配比例為：水泥∶銑刨料=4.5∶95.5，最大干密度為2.160 g/cm3，最佳含水量為4.9%。

2.4 室內(nèi)試驗(yàn)

按JTG E51—2009《公路工程無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，同時(shí)為保證大厚度水泥冷再生基層強(qiáng)度、剛度和耐久性滿(mǎn)足要求，還需開(kāi)展冷再生混合料的力學(xué)性能、穩(wěn)定性能、抗沖刷性能和抗收縮性能檢測(cè)[3]，通過(guò)一系列的試驗(yàn)驗(yàn)證冷再生混合料的路用性能。

3 大厚度水泥冷再生基層施工技術(shù)研究

3.1 路況調(diào)查分析及施工方案選定

施工前，對(duì)原有舊路面進(jìn)行調(diào)查分析，舊路結(jié)構(gòu)層為18 cm水穩(wěn)碎石基層+9 cm 瀝青混凝土面層，路面損壞主要為裂縫、沉陷、坑槽、車(chē)轍，路面評(píng)定結(jié)果（PQI）為56.7，路面狀況（PCI）為55.5，目前交通量為9 012 輛/d。由于交通量大，工期短，如采用傳統(tǒng)大修方案對(duì)基層施工分層攤鋪，需要足夠長(zhǎng)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間，工期將大大延長(zhǎng)，不滿(mǎn)足該路段的交通運(yùn)營(yíng)要求。

近年來(lái)，路橋施工機(jī)械設(shè)備的發(fā)展迅猛，大馬力、攤鋪厚度50 cm 以上的攤鋪機(jī)（如中大DT1600 攤鋪機(jī)）性能穩(wěn)定，大噸位振動(dòng)壓路機(jī)（36 t 以上）的出現(xiàn)及應(yīng)用，使大厚度攤鋪成為可能，只要將這兩種技術(shù)有效整合，就可以使基層一次性攤鋪成型，這種工藝能夠滿(mǎn)足該工程項(xiàng)目工期短、交通量大的施工特點(diǎn)。

本項(xiàng)目采取的方案簡(jiǎn)單描述就是對(duì)大修段舊路結(jié)構(gòu)層（水穩(wěn)碎石基層+瀝青混凝土路面）銑刨回收，進(jìn)行集中廠拌后鋪筑30 cm 冷再生基層，施工時(shí)采取全幅寬、大厚度（壓實(shí)30 cm）一次性攤鋪、碾壓成型技術(shù)，從而提高施工速度，保證基層的整體性，提高工程質(zhì)量，降低工程建設(shè)成本。

3.2 舊路面銑刨

為保證銑刨進(jìn)度與攤鋪速度相匹配，采用10 臺(tái)重型自卸運(yùn)輸車(chē)配合兩臺(tái)維特根W2000 型銑刨機(jī)進(jìn)行分段縱向銑刨。銑刨機(jī)下刀時(shí)要緩且要?jiǎng)蛩伲瑫r(shí)操作人員對(duì)銑刨深度進(jìn)行測(cè)量，以將舊路基層下承載層銑刨0.5 cm 為宜，避免出現(xiàn)夾層和超銑現(xiàn)象。銑刨厚度調(diào)好后，銑刨機(jī)應(yīng)勻速緩慢前進(jìn)，速度控制在3～5 m/min，以保證銑刨料無(wú)過(guò)多超粒徑料塊。

銑刨作業(yè)時(shí)，重型自卸車(chē)應(yīng)與銑刨機(jī)同步前進(jìn)，銑刨料直接運(yùn)輸?shù)桨韬蛷S后集中堆放。將銑刨料進(jìn)行篩分試驗(yàn)，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.3 拌和、攤鋪

再生料拌和采用WDB600 型穩(wěn)定土在拌和站集中廠拌，各料斗設(shè)置8 cm×8 cm 直徑篩子將銑刨料中超粒徑大塊濾除。應(yīng)加強(qiáng)拌和現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)檢測(cè)工作，配備試驗(yàn)員對(duì)原材料含水量、礦料集配、灰劑量等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

攤鋪時(shí)采用1 臺(tái)中大DT1600 型攤鋪機(jī)全幅攤鋪，依據(jù)試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果，松鋪厚度按40.2 cm 控制，松鋪系數(shù)為1.32，混合料運(yùn)輸車(chē)壓車(chē)5 輛后開(kāi)始攤鋪。中大攤鋪機(jī)最大攤鋪厚度能達(dá)到50 cm，完全能夠滿(mǎn)足項(xiàng)目施工需要。攤鋪前，應(yīng)對(duì)底基層表面進(jìn)行灑水濕潤(rùn)處理。在攤鋪過(guò)程中，測(cè)量人員及時(shí)檢測(cè)并記錄標(biāo)高、橫坡等確保攤鋪質(zhì)量。

3.4 碾壓

碾壓采用1 臺(tái)徐工XS222-1 型22 t 振動(dòng)壓路機(jī)、1 臺(tái)三一SSR360-5 型36 t 振動(dòng)壓路機(jī)、1 臺(tái)25 t 的3YJ21/25-3 型三輪靜碾壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。碾壓時(shí)本著先輕后重，由低向高的原則進(jìn)行，一般段按先兩側(cè)后中間的方式碾壓，超高段按先內(nèi)側(cè)后外側(cè)的方式碾壓。碾壓時(shí)振動(dòng)壓路機(jī)重疊不少于1/3，靜碾重疊后輪的1/2。碾壓速度控制在1.5～2 km/h。

碾壓組合如下：

第1 遍采用22 t 振動(dòng)壓路機(jī)1 擋靜排；第2～3 遍采用22 t 振動(dòng)壓路機(jī)2 擋振動(dòng)碾壓；第4～6 遍采用36 t 振動(dòng)壓路機(jī)2 擋振動(dòng)碾壓；第7～9 遍采用25 t 三輪靜碾，達(dá)到壓實(shí)度要求并消除輪跡。

試驗(yàn)結(jié)果測(cè)得，振第三遍時(shí)壓實(shí)度平均值為94.8%，振第四遍時(shí)壓實(shí)度平均值為97.1%，振第五遍時(shí)為98.7%，靜碾1遍時(shí)為99.0%，此時(shí)壓實(shí)度不再明顯增長(zhǎng)，故選用靜一振五靜三的碾壓方式進(jìn)行碾壓。

3.5 養(yǎng)護(hù)、取芯

碾壓完畢及時(shí)進(jìn)行土工布覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)對(duì)于水泥穩(wěn)定料強(qiáng)度形成影響很大，是施工中的重要環(huán)節(jié)，故采用土工布覆蓋配合灑水養(yǎng)護(hù)的方法，鋪設(shè)過(guò)程中注意接縫處搭接約20 cm，不應(yīng)留有間隙。及時(shí)灑水，高溫期，上、下午各噴灑一次。養(yǎng)護(hù)期不少于7 d，其間始終保持土工布濕潤(rùn)。

養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)封閉交通，除養(yǎng)護(hù)車(chē)輛外禁止其他重型車(chē)輛通行，嚴(yán)禁任何車(chē)輛在未達(dá)到養(yǎng)護(hù)期的基層上急轉(zhuǎn)彎或急剎車(chē)。養(yǎng)護(hù)期滿(mǎn)對(duì)基層進(jìn)行鉆芯取樣檢測(cè)，芯樣密實(shí)完整、級(jí)配均勻。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

冷再生與傳統(tǒng)挖補(bǔ)方案相比，其經(jīng)濟(jì)效益較為突出，首先，實(shí)現(xiàn)了銑刨材料最大的程度利用，降低了挖補(bǔ)料廢棄運(yùn)輸?shù)暮吞幹觅M(fèi)用；其次，最大程度上降低了外購(gòu)石料的采購(gòu)費(fèi)用。大厚度、大功率攤鋪機(jī)和大噸位的壓路機(jī)碾壓設(shè)備將原來(lái)分為兩次攤鋪碾壓成型的水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行一次性攤鋪碾壓成型，其優(yōu)異性在于碾壓后，減少了一道施工工序，大大縮短了施工時(shí)間，并且由于工序的減少，使工期、人工、能源等都得到了大幅節(jié)約。

4.2 社會(huì)效益分析

冷再生層充分實(shí)現(xiàn)了舊路路面結(jié)構(gòu)材料的資源化利用，減少了新開(kāi)采砂石料對(duì)環(huán)境的破壞和資源的浪費(fèi)，同時(shí)以綠色建造方式降低了碳排放，具有顯著的社會(huì)效益。大厚度一次性攤鋪可減少分層攤鋪造成界面黏結(jié)整體性差、開(kāi)裂等問(wèn)題，極大地縮短施工工期，使工程項(xiàng)目更早投入運(yùn)營(yíng)，滿(mǎn)足人民群眾的出行要求，振興地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)，社會(huì)效益顯著。

5 研究結(jié)論

本文通過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和豐富的理論分析，積累了適用于水泥穩(wěn)定冷再生基層大厚度攤鋪的生產(chǎn)和施工經(jīng)驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

1）舊瀝青混凝土老化程度和摻加量不同，水泥穩(wěn)定冷再生混合料呈現(xiàn)出的規(guī)律是：當(dāng)瀝青老化不嚴(yán)重時(shí)，摻入較高含量的舊瀝青混凝土?xí)档驮偕旌狭喜煌g期的抗壓強(qiáng)度、回彈模量、劈裂強(qiáng)度、穩(wěn)定性等性能，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致再生混合料對(duì)溫度敏感性更為明顯。

2）通過(guò)開(kāi)展一系列室內(nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水泥穩(wěn)定冷再生混合料呈現(xiàn)以下規(guī)律：通過(guò)添加碎石混合料級(jí)配得到了較大改善，基層結(jié)構(gòu)密實(shí)度會(huì)得到提高；降低最佳含水率，會(huì)顯著增加混合料的路用性能。

3）依據(jù)再生材料組成的不同，提出了水泥穩(wěn)定冷再生材料應(yīng)用條件和冷再生混合料的設(shè)計(jì)方法，得到了舊路面材料的具體取樣方法、原材料分析、級(jí)配設(shè)計(jì)、成型方法以及評(píng)價(jià)指標(biāo)等。

4）由于大噸位的壓路機(jī)（36 t），攤鋪厚度50 cm 以上的攤鋪機(jī)（如中大DT1600 攤鋪機(jī)）的出現(xiàn)，冷再生料基層鋪筑施工時(shí)，采用全幅寬、大厚度（壓實(shí)30 cm）一次性攤鋪、碾壓成型的施工方案，完全能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，施工簡(jiǎn)單，能有效提高施工速度，縮短施工工期，最大程度減少新采購(gòu)砂石用量，充分利用舊路面資源，且可以保證大厚度基層的整體性，經(jīng)濟(jì)快速，綠色環(huán)保，效果良好，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)推廣前景。