水穩(wěn)基層冷再生技術(shù)在農(nóng)村公路中的應(yīng)用分析

李秀麗

(平湖市交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法隊(duì) 嘉興市 314200)

0 引言

當(dāng)前許多公路由于建設(shè)年代早,加上環(huán)境、交通量等眾多因素的影響,路面出現(xiàn)了不同程度的病害,如橫縱向裂縫、網(wǎng)裂、坑槽、松散等,隨著路面使用時(shí)間的增長,進(jìn)而引發(fā)其他病害的出現(xiàn),從而對路面平整度、行車安全性和舒適性產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,縮短了公路壽命周期,因此需要對路面面層、基層進(jìn)行維修,以便提高路面結(jié)構(gòu)性能。

文章以白沙路為例,對改造方案加以分析,介紹水穩(wěn)冷再生技術(shù)的施工質(zhì)量要點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值,為農(nóng)村公路維修養(yǎng)護(hù)提供參考。

1 冷再生技術(shù)原理及再生混合料性能分析

1.1 冷再生技術(shù)原理

水泥穩(wěn)定碎石冷再生技術(shù)就是利用冷再生機(jī)械設(shè)備對原瀝青路面進(jìn)行破碎,將老路路面結(jié)構(gòu)或銑刨老路面層后的基層摻入一定量的水泥、石屑等新混合料,進(jìn)行重新攤鋪施工。攤鋪碾壓形成新的水穩(wěn)冷再生基層,具有施工成本低、節(jié)約原材料、環(huán)保價(jià)值高、施工周期短、交通干擾小等特點(diǎn)[1],具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益,因此在路面維修與改造中具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1.2 再生混合料的路用性能分析

1.2.1再生混合料的抗壓回彈模量

在路面材料性能研究中,抗壓回彈模量能夠反映路面材料的力學(xué)特性。由于舊瀝青路面材料在長期的荷載作用下,其力學(xué)強(qiáng)度和抗壓回彈模量要低于新集料,導(dǎo)致冷再生混合料的抗壓回彈模量也低于新集料,這是由于舊瀝青結(jié)合料在冷再生混合料中發(fā)揮了作用。經(jīng)試驗(yàn)研究[2],水泥冷再生混合料抗壓回彈模量是在《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50—2017)推薦的無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類材料的彈性模量范圍之內(nèi)的,這就表明,冷再生混合料的力學(xué)強(qiáng)度是可以達(dá)到公路基層強(qiáng)度要求的,舊瀝青路面材料可以作為基層新集料使用。

1.2.2再生混合料的穩(wěn)定特性

由于冷再生混合料是利用了原路面材料,其中含有舊瀝青材料,這樣就減少了再生混合料內(nèi)部的毛細(xì)孔隙;添加一定劑量的水泥穩(wěn)定劑后,內(nèi)部會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水化產(chǎn)物,致使內(nèi)部孔隙再次減少。基于以上分析,可以說明冷再生混合料具有良好的抗水害性和抗凍性,即具有良好的水穩(wěn)性和凍穩(wěn)性。

1.2.3再生混合料的抗沖刷性能

抗沖刷性能是路用性能的一個重要指標(biāo)。在長期使用和環(huán)境因素影響下,路面必然會產(chǎn)生裂縫,此時(shí)路表面的水分就能滲入到基層,如果基層一直維持著潮濕的狀態(tài),就會導(dǎo)致脫空嚴(yán)重的位置形成流動水,再加上車輛荷載的作用,面層和基層的混合料就會受到?jīng)_刷侵蝕。如果混合料的抗沖刷性能很低,路面結(jié)構(gòu)就會發(fā)生破壞,降低路面的使用性能。經(jīng)沖刷試驗(yàn)研究,水泥穩(wěn)定碎石冷再生混合料試件沖刷后的抗壓強(qiáng)度較未沖刷的抗壓強(qiáng)度只下降了9.8%[3]。試驗(yàn)表明,經(jīng)過一定時(shí)間的沖刷,冷再生混合料沖刷量呈現(xiàn)平穩(wěn)的狀態(tài),但其抗壓強(qiáng)度仍然處于較高的狀態(tài),從而說明了冷再生混合料具有良好的抗沖刷性能。

2 水穩(wěn)冷再生技術(shù)應(yīng)用

2.1 工程簡介

白沙路位于嘉興市平度市獨(dú)山港鎮(zhèn),路線全長2.64km,公路等級為三級,路面寬度為2×3.75m(行車道)+2×3.75m(硬路肩)=15m,原路面為瀝青混凝土路面。經(jīng)現(xiàn)場勘察,該工程原水泥穩(wěn)定基層大部分已破碎,路面強(qiáng)度已不能滿足使用要求,且根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,該路段重車比例較高;綜合考慮該路面強(qiáng)度和路面破損狀況,結(jié)合本段道路交通量大小、平整度狀況等諸多因素,以及白沙路在平湖市公路網(wǎng)的重要程度,確定采用水泥穩(wěn)定碎石冷再生技術(shù)方案,主要目的是降低施工成本、縮短施工工期、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境,在保持原有公路線型不改變的前提下,保證工程質(zhì)量,延長公路壽命周期,提高行車安全舒適性。

2.2 改造提升方案

(1)K0+000～K1+540段

統(tǒng)一銑刨5cm老路面層,局部病害處治后,對現(xiàn)狀水穩(wěn)基層(厚18cm)進(jìn)行冷再生,再生厚度20cm,再統(tǒng)一加鋪5cm AC-16C(SBS)改性瀝青混凝土+7cm AC-25C瀝青混凝土+22cm水泥穩(wěn)定碎石,詳見圖1。

圖1 路面加鋪結(jié)構(gòu)圖(K0+000～K1+540)

(2)K2+338～K2+800段

統(tǒng)一銑刨10cm老路面層,局部病害處治后,對現(xiàn)狀水穩(wěn)基層(厚18cm)進(jìn)行冷再生,再生厚度20cm,再統(tǒng)一加鋪5cm AC-16C(SBS)改性瀝青混凝土+7cm AC-25C瀝青混凝土+20cm水泥穩(wěn)定碎石,詳見圖2。

圖2 路面加鋪結(jié)構(gòu)圖(K2+338～K2+800)

2.3 配合比設(shè)計(jì)

水泥穩(wěn)定碎石冷再生技術(shù)中再生混合料的配合比設(shè)計(jì)是非常重要的一個環(huán)節(jié),它能決定冷再生施工質(zhì)量的成功與否。經(jīng)試驗(yàn)研究,隨著再生混合料中水泥劑量的不斷增加,試件的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度也隨之增加,但是水泥劑量在5%～6%時(shí),試件強(qiáng)度的增長速度反而出現(xiàn)下降的趨勢[3],為此,該工程采用的水泥劑量定為5%,其他配合比參數(shù)見表1。

表1 配合比參數(shù)

2.4 施工情況

2.4.1撒布水泥

采用水泥灑布車撒布,5.0%水泥用量為21kg/m2。為了減少水泥損失,灑布路線不宜過長,也不能在大風(fēng)天氣施工。

2.4.2就地冷再生作業(yè)

進(jìn)行銑刨、拌和時(shí),應(yīng)保證再生機(jī)械均勻、連續(xù)行駛。再生機(jī)后安排施工人員處理邊線和清理混合料中的雜質(zhì)以及每刀起始位置的余料,以防影響縱向接縫、橫向接縫、平整度和再生材料的密實(shí)性,施工現(xiàn)場如圖3所示。

圖3 水穩(wěn)冷再生施工情形

2.4.3壓實(shí)

當(dāng)冷再生完成后,先后進(jìn)行單鋼輪振動壓路機(jī)穩(wěn)壓、平地機(jī)整平、振動壓路機(jī)強(qiáng)振、膠輪復(fù)壓等碾壓工序,施工現(xiàn)場如圖4所示。

圖4 壓實(shí)施工情形

2.4.4養(yǎng)生與交通管制

冷再生基層碾壓完成并經(jīng)壓實(shí)度檢測合格后進(jìn)行養(yǎng)生,采用覆蓋方式(吸水土工布等)養(yǎng)生7d。在養(yǎng)生期間,除灑水車外,封閉交通;養(yǎng)生結(jié)束后,將覆蓋物清除干凈。

2.5 接縫處理

冷再生施工過程中,要對橫向和縱向接縫[4]進(jìn)行有效處理,若沒有進(jìn)行妥善處理,容易造成路面不連續(xù),對路面的再生結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

橫向接縫主要是冷再生機(jī)停止施工時(shí)形成的。在施工過程中施工人員應(yīng)盡量減少停機(jī)現(xiàn)象;若出現(xiàn)停機(jī)現(xiàn)象,再生機(jī)再次起動施工時(shí),要將再生機(jī)后退至再生過的材料的一定距離。橫向接縫出現(xiàn)后,采用人工處理方法,對接縫處的混合料進(jìn)行鏟平、整齊,確保之后施工能夠正常進(jìn)行。

縱向接縫主要是冷再生機(jī)的工作寬度限制形成的。在縱向施工中,由于冷再生機(jī)的工作寬度小于路幅寬度,需要通過多次作業(yè)才能完成整個路幅的鋪設(shè),相鄰作業(yè)面之間就會產(chǎn)生縱向接縫。增加縱向裂縫位置的重疊寬度,可在一定程度上減少縱向接縫,從而使相鄰作業(yè)面之間的施工充分性和連續(xù)性得到保證。若采用單機(jī)全斷面寬幅攤鋪碾壓成型,可有效避免縱向接縫和離析,提高結(jié)構(gòu)整體性,提高工效,縮短工期,節(jié)約成本。

3 施工質(zhì)量控制

3.1 質(zhì)量控制要點(diǎn)

為了保證冷再生工程的質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求,施工過程的質(zhì)量控制極為重要。根據(jù)現(xiàn)場施工因素分析,對施工過程質(zhì)量控制有以下幾個要點(diǎn):

(1)施工作業(yè)前對再生機(jī)械設(shè)備、壓路機(jī)等進(jìn)行檢查,盡量確保施工過程的連續(xù)性,減少停機(jī)次數(shù),從而減少橫向接縫的數(shù)量。

(2)加強(qiáng)原材料質(zhì)量管理。冷再生混合料質(zhì)量管理的重點(diǎn)是基層碎石的級配,原材料進(jìn)場前,進(jìn)行進(jìn)廠驗(yàn)收和抽檢,保證基層碎石的級配符合設(shè)計(jì)要求,從而確保原材料質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)和使用要求。

(3)為了保證在現(xiàn)場攤鋪時(shí)不會因?yàn)樾录恿系牟痪鶆蛐约哟笫┕ぷ儺愋?要盡量控制每車每次加料的數(shù)量都相差不大。

(4) 在拌合的過程中,要掌握好混合料的含水量,控制加水量。根據(jù)外界因素的影響,如施工現(xiàn)場環(huán)境、氣溫等,適當(dāng)調(diào)整混合料中含水量的比例,一般要求現(xiàn)場含水量比最佳含水量高出0.5%～1.0%[5],這是因?yàn)樵诎韬虾蛿備佭^程中,會有部分水分蒸發(fā)而損失掉,高出的含水量可用來彌補(bǔ)水分損失。

(5)再生機(jī)后安排專人跟隨,隨時(shí)檢查再生深度。

(6)碾壓時(shí),采用先輕后重、由重到輕的原則進(jìn)行;再生層的表面要一直保持濕潤的狀態(tài),當(dāng)出現(xiàn)水分蒸發(fā)太快而導(dǎo)致水分不足時(shí),要及時(shí)采取一定的措施保證水分充足。

(7)壓實(shí)時(shí),如果出現(xiàn)“彈簧”、松散、起皮等現(xiàn)象,及時(shí)翻開重新拌合或采用其他方法處理,使其達(dá)到質(zhì)量要求。在完成第一遍振動碾壓后,若平整度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,要采用人工找平的方法對該路段進(jìn)行處理。

(8)路基路面施工中的質(zhì)量控制指標(biāo)之一就是壓實(shí)度,當(dāng)路面基層使用冷再生混合料的時(shí)候,要在最佳含水量的狀態(tài)下充分壓實(shí),這樣可以使得再生混合料的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,從而使路面結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到保證。

3.2 施工質(zhì)量檢測

白沙路改造提升工程完工后,經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)檢測,壓實(shí)度和再生層取芯厚度均滿足設(shè)計(jì)要求,部分檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 冷再生基層壓實(shí)度、厚度檢測

4 應(yīng)用價(jià)值分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)降低施工成本

通過對比水泥穩(wěn)定碎石就地冷再生與傳統(tǒng)維修改造方案,可以發(fā)現(xiàn),采用水泥穩(wěn)定碎石就地冷再生技術(shù)方案可以節(jié)省舊路面材料的處理費(fèi)用及新石料采購費(fèi)用,增加了再生機(jī)組租賃費(fèi)。針對白沙路而言,通過計(jì)算分析,采用水泥穩(wěn)定碎石就地冷再生方案比采用傳統(tǒng)維修改造方案合計(jì)節(jié)省工程造價(jià)約53萬元,經(jīng)濟(jì)效益良好。

(2)縮短施工周期

水泥穩(wěn)定碎石就地冷再生方案采用再生機(jī)組,機(jī)械化程度高,使得施工程序得到簡化,具有較高的生產(chǎn)率,施工效率得到提高,有效縮短施工周期,尤其適用于施工工期要求緊迫的道路等。

4.2 社會效益分析

(1)環(huán)保價(jià)值高

冷再生技術(shù)充分利用了舊路面材料,無需考慮這些材料的運(yùn)輸和堆放問題,而且對新材料的需求量大大減少,從而對新材料的運(yùn)輸也相應(yīng)減少,這樣不但可以節(jié)省資源,而且能大幅度減少運(yùn)輸過程中汽車尾氣排放造成的環(huán)境污染,真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)的目的。

冷再生技術(shù)充分利用了舊路面材料,變廢為寶,減少了廢料產(chǎn)生的污染問題,降低了開采石料對環(huán)境的破壞問題,從而保護(hù)了人類生存的環(huán)境,這與目前我國綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的要求是一致的;冷再生技術(shù)可以使道路狀況得以良好的改善,也可使行車舒適性和安全性得到保證,環(huán)境效益良好。

(2)交通影響小

就地冷再生基層技術(shù)屬于非開挖施工,全程采用現(xiàn)代化的專用就地再生設(shè)備,機(jī)械化程度高,具有較高的生產(chǎn)率,對舊路的維修改造只需一次作業(yè)就能完成,在節(jié)省施工時(shí)間、快速開放交通方面具有一定優(yōu)勢,交通影響小,尤其適用于交通量較大以及在施工過程中不能中斷的道路。冷再生技術(shù)還能確保工程質(zhì)量,加快推進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè),獲得企業(yè)和公眾的贊譽(yù),社會效益顯著,改造完工效果見圖5。

圖5 白沙路改造完工圖

5 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人們環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的意識越來越強(qiáng),節(jié)約資源、降本增效的需求逐漸增加,對水穩(wěn)冷再生技術(shù)在農(nóng)村公路的應(yīng)用進(jìn)行分析則具有重要的意義。白沙路提升改造工程于2020年6月份開工,同年9月份完工通車,工期僅3個月,提升改造速度快,充分利用銑刨料變廢為寶,環(huán)保減排,節(jié)約造價(jià),先進(jìn)可行,工程質(zhì)量得到保證。該項(xiàng)目已運(yùn)行兩年多,使用狀況良好,改造提升效果達(dá)到預(yù)期。