陆克号
(广西桂通工程咨询有限公司,广西 南宁 530028)
近年来,随着我国公路维修量的增大,旧沥青废弃量急剧增加,基于节能环保、减少成本等诸多要求,利用沥青再生技术进行公路维修养护成为了一大热点,旧沥青路面就地冷再生技术由此逐渐发展完善,其无论是经济效益,亦或是社会、环境效益均表现良好,具有极大的推广价值。
沥青路面设计寿命为15~20年,我国在20世纪90年代陆续建成的高速公路已经步入了大、中修期,每年沥青路面翻修后,旧沥青废弃量十分巨大。在此背景下,沥青再生利用技术开始得到广泛重视,《交通运输部关于加快推进公路路面材料循环利用工作的指导意见》(交公路发[2012]489号)文件指出到2020年,路面旧料循环利用率要达到95%以上。
无论是从保护环境、节约资源的角度出发,还是从降低公路维护养护施工成本方面来看,旧沥青路面再生技术的应用均具有现实的优势,尤其是随着国家节能环保战略的推广实施,沥青路面再生技术会得到更大的发展空间。
从我国沥青路面再生技术的类型来看,可分为热/冷再生,也可分为现场/厂拌再生,现主要就针对厂拌热再生、现场热再生以及现场冷再生、厂拌冷再生的适用范围进行分析(见表1),在公路改造中应根据旧沥青路面实际情况合理选择再生技术。
2.2.1 技术原理
现场冷再生法,主要是利用再生机械(铣刨机)对旧沥青路面进行铣刨、翻挖、破碎,并根据设计要求掺入定量的骨料、稳定剂(水泥、泡沫沥青和乳化沥青等)和适量的水,原地拌合、碾压成型。现场冷再生技术优点可归纳如下:
(1)施工简单,无需考虑旧料运输、弃置问题;
(2)利用旧路面和基层材料,大大减少了新材料的用量,节约了资源,工程费用降低;
(3)可增强基层承载力,提升路面等级;
(4)可一次完成全部工序,生产效率高、工期短;
(5)施工不受特殊气候条件影响;
(6)无需加热沥青,减少环境污染;
(7)再生后只需加铺薄的罩面,即可恢复路面强度。
表1 四种沥青路面再生施工技术适用性能表
备注:★表示适用;
①要求表面层厚度≤40 mm;
②要求车辙只出现在路面上40~50 mm处;
③可能需加入一定沥青材料替换原有路面材料,否则维修只起到暂时效果;
④可用于上表面层以下结构层产生的车辙;
⑤需加入新集料;
⑥若土基潮湿、软弱,可加入适量的化学稳定剂;
⑦裂缝仅限于路表面层;
⑧病害若是路基引起,此维修方法只能起到暂时作用
2.2.2 技术选用
根据前述分析可知,不同的沥青路面再生技术适用情况不同,在公路改造时,需根据旧沥青路面实际破坏情况合理选用冷再生技术:
(1)受限于沥青路面现场冷再生质量,冷再生技术多用于各类低等级公路沥青路面、高等级公路沥青路面基层;
(2)可用于路面标高无限制的道路,如:一般公路、等外公路、少数城市道路以及如料场、停车场等场地的维修改造;
(3)可用于原有路面的车辙(>5 cm)、荷载型龟裂与纵向裂缝、非荷载型块状与横向裂缝等修复施工。
图1 沥青路面典型就地冷再生施工工艺流程图
由沥青路面典型就地冷再生施工工艺流程图(图1)可知,公路改造前需做好旧路面的调查工作,确定路面病害、旧路沥青层厚度、基层材料、基层厚度等,客观评价旧沥青路面使用性能,明确就地冷再生施工工艺的适用性,并做好就地冷再生结构设计、新加材料选择,规范落实各道工序,切实保证公路改造质量满足要求。
根据实践经验总结分析可知,沥青路面就地冷再生可采用多种稳定材料,不同稳定材料施工主要区别为材料掺入的方法不同。
3.2.1 水泥(石灰)冷再生
沥青路面就地冷再生施工中,水泥(石灰)的掺入法分为两种:
(1)在旧路面刨铣前,在路面上均匀撒布水泥(石灰),然后通过再生机实现其与旧路面材料的充分拌合;
(2)以专用的搅拌输送车将水泥(石灰)稀浆送至再生机拌合罩壳中,有效控制掺入材料用量。
此两种方法可根据实际情况选用,其再生层主要用作下面层或基层。
3.2.2 泡沫沥青冷再生
采用泡沫沥青进行就地冷再生施工时,再生机对旧路面进行洗刨,泡沫沥青由再生机上的泡沫沥青输送、喷洒系统输送至拌合罩壳中(见图2)。由于泡沫沥青混合料不耐水的侵害,故再生层上需加铺沥青混凝土层。
图2 泡沬沥青就地冷再生机理示意图
3.2.3 乳化沥青冷再生
乳化沥青冷再生原理、施工工艺与泡沫沥青基本一致,但是此材料自身含约45%的水,施工时最佳含水量控制较难,造价相对较高。
本项目为二级公路,全长28.4 km,此公路建成于20世纪80年代,2001年进行了局部大修、拓宽改造,改建后路面结构为16 cm厚二灰碎石基层+5 cm厚中粒式沥青混凝土+4 cm厚细粒式沥青混凝土。2009年,此公路收费站撤销,车流量大增,根据调查显示沥青路面存在纵横向裂缝、龟裂、坑槽等病害,道路使用安全性受到影响。
根据道路病害调查情况,针对不用路段制定了不同的维修方案,共计10.16 km路段采用了沥青路面就地冷再生技术,具体处理方案如下:将原沥青路面、基层破碎,掺入5%水泥,进行全深式就地冷再生施工,再生层用作新基层,新的路面结构为:4 cmAC-13C+5 cmAC-16C+20 cm全深式就地冷再生,对于冷再生混合料要求如下:7 d无侧限抗压强度为2.5~3 MPa,压实度≥95%。
原材料包括原沥青路面旧混合料、再生剂(水泥)、新集料、水等。
(1)本项目对旧路混合料级配组成进行筛分试验,根据试验结果可知铣刨料级配符合设计要求(见表2、图3),混合料全部采用铣刨料再生。
表2 混合料级配组成试验结果表
图3 级配曲线示意图
(2)本项目再生剂选用P.042.5级普通硅酸盐缓凝水泥,并参照以往施工经验,确定水泥剂量为4.5%,经击实试验,得到最佳含水量、最大干密度为8.8%、2.050 g·cm-3。根据此参数,结合各路段的含水量,进一步调整冷再生机加水量。
(3)根据最佳含水量、干密度制备试件,在(20±2)℃下养生7 d,浸水24 h后开展无侧限抗压强度试验,最终显示试件强度为3.2 MPa,满足要求。
4.4.1 施工准备
(1)制定施工计划图,注明每天再生路面长度、宽度与每幅再生顺序,估算每幅铣刨、压实时间等;
(2)组织交通管制,确定全/半幅施工,通车半幅重载车辆严禁通行;
(3)构筑物调查,对施工路段埋深0.5 m内的结构物、地下管网进行标记,防止其影响施工的顺利开展;
(4)调查挖补路段,对严重龟裂变形、坑槽等不适合使用冷再生技术的路段,予以挖补处理。
4.4.2 施工设备
本项目就地冷再生施工设备如表3所示。
表3 就地冷再生施工设备明细表
4.4.3 施工工艺
本路段冷再生施工工艺流程如图4所示。
图4 工艺流程示意图
具体施工要点如下:
(1)施工前做好交通封闭工作,根据设计要求开展施工放样。
(2)按放样位置,将再生机组安装、就位。
(3)撒布水泥,在进行路面铣刨前,在原路面上撒布水泥,采用方格网法,以刮板均匀摊开,确保每袋水泥摊铺面积相等,路面上无过分集中、空白情况。本项目布灰量5.0%(比实验室剂量增加0.5%),加水泥铣刨20 cm,膨胀率为1.1,压实厚度为22 cm,计算布灰量为18.55 kg/m2。
(4)铣刨与拌合,冷再生机推动水车在路面上行驶,将原路面、基层铣刨,并与水泥结合充分拌合;派专人跟随在再生机后方,检查再生深度、水泥含量、含水量等参数;为保证拌合质量,可反复拌合,冷再生机行走速度控制在5~8 m/min。
(5)稳压与整平,完成混合料的拌合后,将振动压路机关闭振动后,稳压1遍,做好刮平、整形等工作。
(6)碾压,完成整平后,使用光面振动压路机、轮胎压路机进行复压(弱振2遍、强振2遍)、终压(碾压2遍)。
(7)接缝与调头处理。两工作段衔接处、纵向接缝均采用搭接拌合的方法,前一段和施工一侧拌合后留5~8 m与10~20 cm,加部分水泥重新拌合与后一段及另一侧同时碾压。
(8)养生与交通管制。终压完毕,进行覆盖养生,做好保湿工作;养生≥7 d,养生期禁止除洒水车外的任何车辆驶入。
在公路改造维修中,旧沥青路面冷再生作为一种“绿色”施工技术,充分利用了原本需废弃的沥青混合料,较好地节约了资源,也减少了相关材料成本投入,无论是从环保上还是经济上考虑,其均具有广阔的应用前景。本文二级公路改造工程中,通过旧路病害调查分析共计约10.16 km的路段采用了旧沥青路面冷再生技术,再生层作为路面基层继续投入使用,通过合理的施工设备配备、规范的施工操作与管理,基层质量满足设计要求,为后续施工奠定了坚实的基础,也为其他旧路更新改造工程积累了经验。
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