全深式冷再生技术在路面病害治理中的应用

周志涛

（保定市交通运输局高碑店市养路工区，河北 保定 071000）

0 引言

在路面结构中，路面基层属于承重层，基层强度及质量对路面结构的使用性能和寿命起决定性作用。路面病害与基层质量存在必然联系。在我国各级公路中，水泥稳定碎石基层应用较多，该基层优势在于稳定性、耐久性好，且具有较高强度和承载力。但在行车荷载和自然因素的长期作用下，水泥稳定碎石基层病害问题严重。为有效处治这些病害，提出了全深式冷再生工艺，目前已在全国公路养护维修中得到了大力推广，其不仅可以提高废弃物的利用率，减少养护费用，还可以减少能耗，符合绿色、环保的发展理念。

1 工程概况

某省级公路主干道，通车运营多年，沥青路面老化严重，在车辆荷载和自然因素的影响下，路面出现了不同程度的病害，病害主要有龟裂、坑槽、车辙等，且伴有大量纵横裂缝，在重载作用下，基层已被破坏，经现场钻芯取样，无法完整取出芯样，表明当前路面基层强度下降或者已发生结构性破坏。根据公路养护技术标准要求，结合道路实际情况，决定采用水稳基层全深式冷再生技术对病害进行处治，对路面进行施工养护。

2 路面病害调查分析

为了掌握路面病害情况，采用人工检测法进行路面破损程度调查与分析，主要对调查路段中路面病害类型、病害面积、长度等进行测定。经实际调查，该段公路存在不同程度的龟裂、纵裂、横裂、坑槽、车辙、波浪、拥包、松散、沉陷等病害，按照公路技术状况评定标准相关规定，对路面破损状况进行评价分析，综合评价处于中、次等级，道路损坏程度严重，需要进行路面病害处理。经路面调查可知，该段公路为水稳基层，此类基层的刚度、强度较好，且成本低，在我国各级公路中得到了广泛应用。但通过大量实践表明，此类基层和沥青面层组成的路面结构属于强基薄面组合，这种路面结构形式极易出现反射裂缝等问题，在行车荷载与自然因素的长期作用下，路面结构失效现象普遍。针对工程病害情况，可以将主要病害成因归结为以下几点。

2.1 裂缝病害及成因

路表水下渗到面层和基层间时，在行车荷载作用下，极易产生动水压力，并裹着水稳基层材料不断冲击沥青面层，从而产生裂缝，当基层收缩变化明显的情况下，可形成反射裂缝，进一步破坏路面结构，则会出现严重病害，比如坑槽等。同时，当上部路面结构强度下降，或者车辆荷载过大，也会破坏下部结构，降低基层强度，甚至出现严重的网裂、松散病害。

2.2 坑槽病害及成因

雨水下渗过程中，由于路面结构中存有隔水层，会阻碍雨水向下部结构深入，这种情况下，雨水则滞留在面层处，且此处保留的水分不易蒸发，加上行车荷载的作用，将会加速沥青的剥蚀程度，产生水损坏、网裂等病害，若不及时处理，病害进一步发展，破坏程度加剧，形成坑槽。

2.3 车辙病害及成因

在工程病害调查中发现，车辙病害成因可以总结为两点，第一，该段公路交通量较大，且呈逐年增长的趋势，在高温条件下，道路行车压力加大，势必会产生车辙病害。第二，通车运营多年，由于使用时间较长，路面产生了不同程度的各种病害，大幅降低了混合料中沥青、集料间的黏结性能，进而产生车辙。

3 路面病害治理方案

结合上述分析，调查路段存在不同程度的病害，主要病害为裂缝、坑槽、车辙等。若不及时处理，病害持续加剧，将会导致路面结构强度失效，甚至形成恶性循环，最终影响下部结构强度，危害行车舒适性和安全性。为此，决定进行病害处治与养护维修。经多方讨论，针对路段采取相应措施，对上面层和下面层、基层进行合理处治。首先，铣刨去除上面层；然后，现场铣刨处理下面层、基层后，采取全深式冷再生方案进行处治；最后，根据路面破坏程度，在路面上部加铺沥青面层，厚度根据工程实际准确确定。

4 全深式冷再生技术的特点及机理

相比沥青路面就地冷再生，全深式冷再生主要用于基层材料再生，再生范围较大，可以满足公路深层再生的需求。目前来讲，在一般沥青路面面层再生中，处理深度最高可达到20cm左右，但全深式冷再生的处理深度较大，可超过40cm。作为一种新型就地冷再生工艺，全深式冷再生在我国公路养护维修中得到了大力推广，其特点如下。

（1）环保，污染小。作为一种新型冷再生工艺，全深式冷再生工艺更先进、更简单，同时更能满足节能、环保的发展理念。一方面，全深式冷再生可以充分利用旧路材料，解决了旧路废弃物处理的难题，旧料的再生利用，可以减少对自然环境的污染。另一方面，旧料的大量使用，减少了新料的用量，可以起到节约资源的目的。除此之外，该技术属于冷再生工艺，无需在高温下施工，同样可以减少能耗，降低污染。

（2）旧料利用率高，成本低。全深式冷再生工艺，可以实现旧路材料100%利用，即便是无法100%利用，也仅需添加少量新集料与稳定剂即可，这样可以大幅减少新料成本。据国内外相关实践经验可知，与传统方式相比，全深式冷再生施工成本基本上可以降低30%左右，由此可见，全深式冷再生工艺的经济效益良好。

（3）施工简单，施工效率高。在传统施工中，针对道路维修产生的旧料，需要及时运输到指定地点进行填埋处理，而全深式冷再生施工无需此过程，可以就地冷再生一次性完成施工，同时，无需购买新料。除此之外，相比传统厂拌再生技术，全深式冷再生机械化水平高，且具有较为成熟的旧料铣刨破碎技术，能够实现工艺简化的目的，进而可以提升整体施工效率。

5 混合料路用性能分析

为了保证水稳基层全深式冷再生混合料性能良好，需在确定配合比设计的基础上，针对不同水泥、旧料掺量进行试验，从而对其力学性能相关指标进行评价，并由此确定水泥与旧料最佳掺量，用于指导施工。

5.1 击实试验

在路面基层试验中，击实试验最为常见，通过该试验，可以获取不同配合比条件下混合料的最佳含水量以及最大干密度。在试验中，测试采用3种掺量的水泥，即5%,6%,7%；旧 料 同 样 采 取3种 掺 量，即70%,80%,90%。所得结果如表1所示。

表1 击实试验结果

通过试验分析可知：

（1）对于最佳含水量方面，当水泥掺量增加时，混合料的最佳含水量也会随之增加，当旧料掺量降低时，则会下降；

（2）对于最大干密度，当水泥掺量增加时，混合料最大干密度也会随之增加，但是，当旧料掺量降低时，混合料的密实度则会增加。

究其原因在于以下方面：

（1）当水泥量增加时，参与水泥水化反应的水量会有所增加，这种情况下，混合料的最佳含水量也会随之增加，说明水泥量的增长会强化胶结材料的能力，使混合料密实度增加，进而最大干密度提升；

（2）当混合料内掺加一定量新料后，会加大混合料内大粒径的比重，这样可以增加混合料骨架孔隙，但不易存留水分，将会降低最佳含水量，同时，与旧料相比，新料更密实，具有较大比重，因此，添加的新料越多，混合料的密实度越大。

5.2 无侧限抗压强度分析

在混合料路用性能检测时，可进行无侧限抗压强度试验，以了解混合料的物理力学性能。试验中，在养护期最后1d，在一定温度的恒温水箱内放置样品，放置时间为24h，并在万能试验机上，按照1mm/min的加载速率进行试件加载处理，并由此进行试件破坏过程中最大压力的记录。根据分析，在3种不同掺量70%,80%,90%旧料条件下，水泥掺量为5%,6%,7%时，进行7d无侧限抗压强度试验，结果如表2所示。

表2 7d无侧限抗压强度 单位：MPa

由表2可见，不同旧料用量下，当水泥掺量增加，混合料的无侧限抗压强度会呈上升趋势，尤其是水泥掺量由5%增加到6%的过程中，抗压强度增长较为明显。在确保强度的情况下，6%水泥掺量的应用，不仅可以满足道路再生施工要求，还能减少水泥用量，降低成本，具有良好的经济效益，为此，最终确定水泥掺量为6%。

为了确定旧料用量，决定对水泥掺量6%条件下的不同旧料用量进行试验分析，采用了7d、28d、90d不同龄期条件下的水泥稳定冷再生混合料无侧限抗压强度试验，最终结果如表3所示。

表3 水泥掺量6%条件下不同龄期抗压强度 单位：MPa

由表3可见，在水泥掺6%的条件下，3种不同旧料用量的混合料，在养护龄期由7d升至90d的过程中，混合料的无侧限抗压强度呈增长趋势。但3种旧料用量的增长幅度有所不同，其中旧料用量90%的混合料无侧限抗压强度增长幅度最大。在养护龄期7d时，旧料用量90%的混合料抗压强度在其他两种旧料用量混合料的抗压强度之下，但是当养护龄期达到28d及90d时，旧料用量90%的混合料无侧限抗压强度已经高于其他两种混合料。因此，在无侧限抗压强度试验中，认为选择水泥掺量6%、旧料用量90%的混合料较为理想。

6 水泥稳定基层冷再生施工要点

施工中，按照配合比设计要求进行材料的合理配制，随后根据既定的施工工序进行施工，具体施工要点如下。

6.1 混合料拌和

在确定冷再生设备及其各项参数的前提下，便可进行拌和施工。再生设备施工前，应提前撒布水泥稳定材料，合理控制撒布范围，整个环节可同时进行撒布与拌和施工，精确控制水泥用量，减少材料浪费。全深度冷再生工艺对交通影响小，可进行半幅封闭施工，为避免拌和不均匀，要求在3~5m/min内控制再生设备行驶速度。

6.2 混合料碾压

冷再生机达到了30t，再生料在此设备的碾压作用下，轮迹部位被碾压到了路面之外，其他部位碾压效果并不理想。因此，针对其他部位，可采取压路机进行整平碾压施工。在整个碾压施工环节，分为3个阶段。第一阶段：初压。采用双钢轮压路机施工，实行“静+振”的碾压组合法，并合理控制碾压速度，速度不宜过快。第二阶段：复压。复压与初压不同，可采用单钢轮压路机，碾压方式也改为振压方式，振动压实4遍后，再通过胶轮压路机进行碾压，碾压遍数为6遍，整体复压需10遍。第三阶段：终压。终压是最后一个碾压阶段，采取双钢轮压路机进行碾压，根据工程实际情况，进行2遍静压即可。在碾压施工中，初压后，为了保证路面能够平整，可以借助平地机进行整平处理，而复压结束后，便可检测路面压实度，保证能够达到设计要求。终压后，则需彻底消除明显轮迹，保证路面平整。

7 结语

综上所述，结合该省级公路段路况实际，找出病害原因，针对水稳基层提出了全深式冷再生病害处治方案，通过击实试验、无侧限抗压强度试验，确定了水泥掺量6%、旧料用量90%的配合比方案，该方案可充分利用旧料，降低养护成本，可为相关施工提供参考。