水泥稳定冷再生底基层在高速公路中的设计应用

章剑青,　尚　敏

(江苏华宁工程咨询监理有限公司,江苏 南京　210018)



水泥稳定冷再生底基层在高速公路中的设计应用

章剑青,尚敏

(江苏华宁工程咨询监理有限公司,江苏 南京210018)

摘要：为减少生态破坏,降低环境污染，循环利用公路路面旧料，水泥稳定冷再生底基层技术应运而生并逐步在公路工程中得到应用，文章结合实践介绍了水泥稳定厂拌冷再生基层和就地冷再生基层施工的技术原理、材料、设备要求及施工工艺,提出了推广应用的技术性建议，以期为同类项目设计提供参考。

关键词：高速公路；再生利用；底基层；施工工艺

为减少生态破坏,降低环境污染, 循环利用材料资源，交通运输部出台了相关文件，到“十二五”末全国基本实现公路路面旧料“零废弃”，路面旧料回收率要达到95%以上，高速公路路面旧料回收率要达到100%，循环利用率要达到90%以上。因此，相关的路面材料再生及再利用技术应运而生并逐步在公路工程中得到应用。

在合肥绕城高速公路陇西至路口段应急工程中对其路面结构设计就考虑应用了水泥稳定再生底层技术。

1再生方案选择

目前在路面改造时，对于旧沥青路面再生一般有厂拌热再生、厂拌冷再生以及就地冷再生3种常用的再生技术[1]。

厂拌热再生是将回收的沥青路面材料与新的沥青、集料材料(有时还包括再生剂)混合，在拌和厂集中生产再生热拌沥青混合料的过程[2-3]。这种再生方法的缺点是沥青路面回收混合料(RAP)的用量相对较少。优点主要在于：生产出的沥青混合料的性能与新混合料相当，热厂拌再生沥青混合料质量较稳定，质量控制相对于其他再生技术也较容易。

厂拌冷再生是将回收的沥青路面材料(RAP)和沥青再生剂相混合进行再生后作为底面层混合料的一种技术。厂拌冷再生可用于修复面层和基层的病害，也可改善路面的几何线形和修复任何类型的裂缝。

就地冷再生(CIR)是指原有路面材料被就地利用的一种路面改建技术。采用就地冷再生可以使路面恢复所需的线形、断面，消除原路面的车辙、不规则和不平整的区域。还可以消除横向、纵向和反射裂缝。就地冷再生还具有生产效率高，费用低，对交通的影响减少到最小，可以保留原有的路面标高。对于那些离拌和场较远的次要道路和低交通量道路，就地冷再生比集中厂拌冷再生更适用，但就地冷再生技术用于高速公路还需进行论证与试验路总结。

当改造工程各路段病害差别较大时，路面设计时将原沥青路面分成若干路段分别进行处理，有的仅需将原沥青层进行修复即可，有的需要挖除原沥青层，有的还需要将基层挖除后进行补强，而就地冷再生工艺一般适应路面结构统一，再生铣刨深度相同的情况。项目的特点决定了不可能采用就地冷再生的工艺。

厂拌热再生是成熟的技术，再生得到的沥青混合料品质优良，是老路面沥青混合料再生利用最合适、最经济的再生方式。但厂拌热再生回收料使用量有限，间歇式拌和设备的最高用量一般只能达到30%，因此，大部分的铣刨料仍然得不到妥善的利用。鉴于此，不可能采用厂拌热再生的方式。

对于原沥青路面拟采用厂拌冷再生技术，厂拌冷再生技术可采用乳化沥青或水泥作为再生结合料。对于乳化沥青厂拌冷再生用在下面层相关工程建设经验较少，不宜采用方案。

相比较而言，采用水泥稳定冷再生底基层方案有以下特点：

(1) 节约设备投资：厂拌冷再生技术生产过程几乎无需专用设备，可以有效解决旧料废弃和环境污染问题，具有良好的经济效益和社会效益。

(2) 经济合理：首先，级配的选择是保证基层质量的基础。冷再生基层方案由于基层再生混合料颗粒级配组成，远远高于底基层再生混合料颗粒级配要求，回收沥青骨料需添加更多新骨料才能满足再生级配要求，因此不可避免需要对集料颗粒组合进行多种试配，反复调整级配组成，才能确定一组骨架密实型级配，从而降低工作效率，增加施工难度。水泥稳定冷再生底基层方案相比较而言，再生混合料颗粒级配组成要求低，回收沥青路面材料更加容易满足级配要求，可以最大限度利用回收旧料，减少调整过程，从而提高工作效率。

(3) 低碳环保：厂拌冷再生技术具有能耗低、污染小、可循环使用优点。

(4) 工程案例：根据安徽省京台高速小西冲至方兴大道段改扩建建设经验，水泥稳定冷再生底基层方案技术可行，效果显著。

综上所述，考虑项目工程特点，从经济、环保、节能、便于施工、质量可靠等多种角度分析，设计推荐采用水泥稳定冷再生底基层方案。

本设计采用厂拌水泥稳定冷再生底基层方案，即以水泥为添加剂处治旧沥青路面材料形成底基层，属于沥青路面冷再生的范畴，其原理是以铣刨破碎后的旧沥青混合料为主体，加入适量的水泥、粗集料和水，经拌和、铺筑、压实和养生，形成与水泥稳定类半刚性材料类似的底基层材料。

2施工工艺及技术要求

2.1回收沥青路面材料(RAP )

(1) 由铣刨机对所要再生的沥青混凝土路面全厚度一次铣刨得到冷再生沥青混合料材料RAP(reclaimed asphalt pavement)，采用运输车直接将铣刨料运输至拌和厂集中堆放[4]。

(2) 为防止在堆放和生产过程中铣刨料发生结块，在铣刨时适当加大水量。

(3) 回收沥青路面材料(RAP )在回收和存放时不得混入基层废料、水泥混凝土废料、杂物、土等杂质。

2.2回收沥青路面材料(RAP)的预处理

(1) 使用推土机、装载机等机具将一个料堆的回收沥青路面材料(RAP)充分混合，然后用破碎机或其他方式进行破碎，主要是对37.5 mm以上大颗粒部分进行再次破碎，应使回收沥青路面材料(RAP)最大粒径小于37.5 mm。

(2) 对破碎后的回收沥青路面材料(RAP)进行筛分，设置10 mm和37.5 mm两道筛网，将其筛分成10 mm以下细集料部分和10～37.5 mm粗集料部分两种规格的铣刨料。

(3) 经过预处理的回收沥青路面材料(RAP)，可用装载机等将其转运到堆料场均匀堆放，转运和堆放过程中应避免回收沥青路面材料(RAP)离析。

(4) 回收沥青路面材料(RAP)应避免长时间的堆放，且堆高一般不超过2 m，料仓中的回收沥青路面材料(RAP)应及时使用。

(5) 使用回收沥青路面材料(RAP)时应从料堆的一端开始在全高范围内铲料。

2.3材料组成设计

(1)水泥采用初凝时间3 h以上和终凝时间较长(宜在6 h以上)的复合水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，水泥应疏松、干燥，无聚团、结块、受潮变质，水泥强度等级不高于32.5 MPa[2]。水泥剂量3%～5%，现场试验确定。施工中应严格控制水泥用量，在满足底基层各项物理力学指标的前提下，尽量减低用量，水泥稳定冷再生碎石7 d抗压强度宜在2.5～3.0 MPa，压实度不小于96%[5]。

(2) 添加粗集料应用硬质岩反击破轧制，岩石性质为玄武岩，碎石中针片状含量<20%，压碎值<26%，碎石中不应有黏土块、植物等有害物质，最大粒径不大于37.5mm[5-6]。

(3) 根据粗细两档铣刨料和新加粗集料的级配确定再生混合料的合成级配，其级配范围见表1，应符合文献[7]的规定。

表1　再生混合料的颗粒组成范围

3施工过程

3.1施工准备

(1) 下承层的准备。下承层应密实平整，满足要求方可进入下道工序施工。

(2) 铺筑试验路段,长度不宜小于200 m。从施工工艺、工程质量、施工管理、施工安全等方面验证施工配合比及施工方案和施工工艺的可行性，并为正常施工提供技术依据。

3.2拌制

(1) 施工时采用经试验验证的生产配合比进行拌和生产。

(2) 对拌和设备的要求,厂拌冷再生宜采用专用拌和设备。

(3) 拌和设备的生产能力应与摊铺设备生产能力匹配。

(4) 拌和时间应适宜，拌和后的冷再生混合料应均匀一致，无结团成块现象。

(5) 拌和生产中，混合料的含水量要略大于最佳含水量0.5%～1%，以补偿摊铺及碾压过程中的水分损失，高温作业时，早晚与中午的含水量要有区别，要按温度变化及时调整。

3.3运输

(1) 运输车辆保持干净清洁，对车厢板均匀喷洒肥皂水溶液。

(2) 运输车辆在装料过程中前后移动，分几堆装料，以减少混合料的离析。

(3) 运输车辆数量满足拌和与摊铺需要，并略有富余，保证生产的稳定性。

(4) 运输过程中，运料车辆均有篷布覆盖并扣牢，主要目的是防止混合料在运输过程中水分损失。

(5) 冷再生料应在水泥初凝时间内运到现场，并摊铺、碾压完成，否则作废料处理。

3.4摊铺

(1) 摊铺试验段，以测算再生混合料的松铺系数。

(2) 摊铺时混合料的含水量高于最佳含水量0.5%～1%。

(3) 在摊铺前将下承层顶面清除干净，洒水湿润。

(4) 在摊铺机后面应设专人消除粗细集料离析现象，特别应该铲除局部粗集料“窝”，并用新拌混合料填补。

3.5压实

(1) 采用重型轮胎式振动压路机碾压，机械组合和碾压遍数按试验段确定的方案执行，控制碾压速度不大于2.5 km/h。

(2) 碾压过程中表面始终保持湿润，及时补洒少量水。

(3) 严禁在已完成的或正在碾压的路段上“调头”和急刹车，以保证再生层表面不受破坏。

(4) 施工中，从加水拌和到碾压终了的延迟时间不得超过水泥终凝时间。

3.6横向接缝的处理

(1) 用摊铺机摊铺混合料时，不宜中断，如因故中断时间超过 2 h，应设置横向接缝，摊铺机应驶离混合料末端[8-9]。

(2) 人工将末端含水量合适的混合料弄整齐，紧靠混合料放两根方木，方木的高度应与混合料的压实厚度相同；整平紧靠方木的混合料。

(3) 方木的另一侧用砂砾或碎石回填约3 m 长，其高度应高出方木几厘米。

(4) 将混合料碾压密实。

(5) 在重新开始摊铺混合料之前，将砂砾或碎石和方木除去，并将下承层顶面清扫干净。

(6) 摊铺机返回到已压实层的末端，重新开始摊铺混合料。

(7) 如摊铺中断后，未按上述方法处理横向接缝，而中断时间已超过 2 h，则应将摊铺机附近及其下面未经压实的混合料铲除，并将已碾压密实且高程和平整度符合要求的末端挖成与路中心线垂直并垂直向下的断面，然后再摊铺新的混合料。

3.7纵向接缝的处理

水泥稳定冷再生底基层应尽可能避免纵向接缝。如两幅摊铺时，宜采用两台摊铺机一前一后相隔约 5～10 m同步向前摊铺混合料，并一起进行碾压。

在不能避免纵向接缝的情况下，纵缝必须垂直相接，严禁斜接，并符合下列规定：

(1) 在前一幅摊铺时，在靠中央的一侧用方木或钢模板做支撑，方木或钢模板的高度应与稳定土层的压实厚度相同。

(2) 养生结束后，在摊铺另一幅之前，拆除支撑木(或板)。

3.8养生及交通管制

(1) 每一段碾压完成并经压实度检查合格后，应立即开始养生。

(2) 水泥稳定冷再生底基层在加铺上层结构前

必须进行养生，养生时间不宜少于7 d[10]。

(3) 在养生期间未采用覆盖措施的，除洒水车外，应封闭交通。在养生期间采用覆盖措施的，不能封闭交通时，应限制重车通行，其他车辆的车速不应超过30 km/h。

4结束语

随着我国基础设施建设的飞速发展，早期建成的大量高速公路已进入大中修期，而在道路改扩建修期间翻挖、铣刨的沥青混合料如若直接丢弃，不仅造成环境污染，对于我国极为匮乏沥青资源的国家现状来说也是一种资源浪费。

水泥稳定冷再生基层技术的应用减少了因开采而造成的生态破坏,降低对环境造成的污染, 对保护环境具有十分重要的意义。

此外，水泥稳定冷再生基层施工时是一种高效率的施工技术,直接利用旧路面的基层材料，避免了材料运输等中间环节，显著地缩短了施工周期。

利用沥青路面再生技术在合理利用废料、保护环境的同时，还能节约资源，降低对沥青等不可再生资源的消耗，具有明显的社会和经济效益。

〔参考文献〕

[1]JTG/T L11-2014, 高速公路改扩建设计细则[S]．

[2]JTG F41-2008,公路沥青再生技术规范[S]．

[3]查旭东,陈兆坤.再生沥青混合料施工技术[J]．公路与汽运，2008(3)，87-89.

[4]曾梦澜,肖杰,吴超凡,等，冷再生沥青混合料RAP含量对使用性能的影响[J].中南公路工程，2007，32(2)，27-31.

[5]JTG/T D50-2006，公路沥青路面设计规范[S].

[6]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].

[7]JTG/T F20-2015，公路路面基层施工技术细则[S].

[8]JTJ 002-87，公路工程名称术语[S].

[9]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S]．

[10]JTG F30-2003，公路水泥混凝土路面施工技术细则[S]．

收稿日期：2016-01-13；修改日期：2016-01-19

作者简介：章剑青(1963-)，男，江苏南京人，硕士，江苏华宁工程咨询监理有限公司高级工程师．

中图分类号：U416.217

文献标识码：A

文章编号：1673-5781(2016)01-0120-04