浅谈沥青路面水泥稳定就地冷再生基层设计施工
2015-04-22
1．绪论
1.1前言
近年来，为了促进国民经济的发展，国家加大了对公路建设的投入，使得我国各种等级的公路里程均有了飞速的增长，其中沥青路面是我国道路的主要形式。沥青路面改造如继续采用传统方式，不仅增加了重修路面所需的沥青和砂石材料，破坏周围环境，而且容易造成环境污染。如果采用冷再生技术，将沥青面层和基层旧料加以再生利用，不仅可以节约大量的筑路材料，充分利用旧路材料，恢复和提高旧路强度，还有利于节约能源，避免环境污染，降低工程造价，促进我国可持续发展。
由于冷再生技术在国内的研究发展时间较短，所进行的相关科研和工程实践比较有限，仍存在不少亟待解决的问题。本文献在国内外沥青路面再生技术研究成果的基础上，综合提出一套沥青路面冷再生施工方案，以期能够更好地为生产服务。
1.2沥青路面冷再生技术定义
沥青路面冷再生技术是将旧沥青路面材料，包括面层和部分基层材料经破碎加工后进行重复利用，根据再生后结构层的结构特征适当加入新骨料或细集料，按比例加入一定量的外掺剂(如水泥、石灰、粉煤灰、泡沫沥青或乳化沥青等)和适量的水，在自然环境温度下连续完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺及压实成型，重新形成具有所需承载能力结构层的一种工艺方法。再生后，加铺沥青混凝土面层或做封层处理。
1.3沥青路面水泥稳定冷再生技术方案
本方案适用于采用水泥稳定就地冷再生技术进行大修、改建的各等级公路的底基层和二级及二级以下公路、城市出口路基层的施工。水泥稳定就地冷再生路面设计应采用设计与施工紧密结合的半刚性基层设计理论，设计内容包括交通量预测与分析、旧路混合料分析、混合料配合比设计、设计参数确定、路面结构组合设计与厚度计算，在进行路面结构技术经济综合评价的基础上提出设计方案。
1.4沥青路面冷再生技术优点
在旧路维修改造工程中大力推广应用现场冷再生面层基层技术，具有多项优点：简化施工工序，不存在旧路材料的运输和弃置问题;可以同时耙松和破碎，保证了结构的整体性，对旧路路基(下承层)的影响和破坏很小;利用旧路面和路基材料，大大减少了新材料的用量，保护了资源;可以通过基层承载力的提高，从根本上实现公路等级的提高;铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺可一次完成，施工工序的简化导致了工期的缩短;现代再生机械有效地防止了粉尘的飞扬，满足了环境保护的要求，是一项绿色公路维修改造技术。
冷再生所具备的优点使其适用范围相当广泛，特别是在城市道路改造工程中其环保的优点更为突出。随着城市的不断发展，对已超过设计使用年限的城市道路进行提级改造，无疑现场冷再生技术是最适宜的维修改造方式。
以上综合起来，冷再生技术必然会节约项目资金和提高投资效益。根据国外的施工资料介绍，与在旧路面上加铺新材料的维修改造方法相比现场冷再生形成基层约可降低成本46%。根据施工资料统计，5%水泥冷再生底基层与同厚度的石灰土底基层相比，每平方米可节约资金约40%。
因此，冷再生技术可节省投资，获得直接的经济效益，并可保证生态环境获得社会效益，是一项利国利民的环保型新技术。
2.水泥稳定冷再生技术的一般规定
2.1冷再生技术一般规定
1、沥青路面面层厚度不大于7cm可采用水泥稳定就地冷再生，面层厚度大于7cm 宜在水泥稳定就地冷再生和泡沫沥青稳定就地冷再生两个方案之间进行技术经济比较后确定
2、就地冷再生机的再生深度一般为15cm-30cm。损坏深度大于30cm或需要提高或改善路面使用功能时，采用水泥稳定就地冷再生基层后，应加铺满足设计强度的半刚性上基层，路面结构按《公路沥青路面设计规范》有关规定，通过交通量预测计算设计弯沉值后，进行路面结构厚度计算，并进行弯拉应力验算。
3、就地再生设备应能精确控制再生深度，误差不宜超过10mm；应能根据要求调整横坡，适当调整再生料的级配；应能控制添加料的比例并根据需要自动调节。
4、再生前必须进行路况调查，确定路面损坏是仅限于路面面层，还是属于路面结构问题，了解路面结构损坏的范围和深度。再生施工中除进行路面混合料级配检测外，应避免预破碎，在必须采用预破碎的路段，应严格控制铣刨深度。
2.2水泥稳定冷再生技术一般施工技术标准
1、 水泥稳定就地冷再生混合料用做基层或底基层时，水泥剂量可采用4%-5%，一般不宜超过5.5%。
2、 水泥稳定就地冷再生结构层宜在春末和气温较高季节组织施工。施工期的日最低气温应在5℃以上，在有冰冻的地区，并应在第一次重冰冻（-3～-5℃）到来之前半个月到一个月完成。
3、 在雨季施工时，应特别注意气候变化，勿使水泥和混合料遭雨淋。降雨时应停止施工，已经摊铺的水泥混合料应尽快碾压密实。
4、 水泥稳定就地冷再生结构层施工时，应遵守下列规定：
（1）添加的碎石等外掺料和水泥应撒布均匀。
（2）应严格控制基层厚度和高程，其路拱横坡应与面层基本一致。
（3） 应在混合料处于或略大于最佳含水量（气候炎热干燥时，基层混合料可大1%～2%）时进行碾压，压实度应达到《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）的有关要求。当使用大吨位压路机时，压实度宜提高1%～2%。
（4） 水泥稳定就地冷再生结构层宜采用18t以上的振动压路机碾压。压实厚度15-20cm，采用18～20t振动压路机碾压；超过20 cm以上压实厚度应采用25t以上振动压路机。冷再生结构层碾压工序应在水泥初凝前完成。
5、 各级公路用水泥稳定就地冷再生混合料的压实度、7d龄期无侧限抗压强度应符合表1的规定。
6、 水泥稳定就地冷再生混合料的组成设计应根据表1的强度标准，通过试验确定必需的水泥剂量和混合料的最佳含水量，在需要改善混合料的物理力学性质或级配时，还应确定掺加新料的规格和比例。
7、 水泥稳定就地冷再生的各项试验应按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）进行。
表1 水泥稳定就地冷再生混合料的抗压强度标准
注：交通等级见表2
表2 交通等级
2、3下列情况原则上不宜采用水泥稳定就地冷再生技术
1、在预估的再生深度范围内，存在过多超粒径颗粒（最大粒径超过10cm的砂砾或铁渣等），会对铣刨转子造成损害的道路；
2、病害较多，变形严重，强度不足的道路；
3、旧路结构层总厚度（面层、基层及垫层之和）小于25cm的道路。
3.水泥稳定就地冷再生的施工工艺
水泥稳定就地冷再生的工艺流程宜按图6.1的顺序进行。整个施工及养护过程中，应对再生路段（路幅）封闭交通，各路口设置警示牌，提醒司机及行人。
图3.1水泥稳定就地冷再生工艺流程
3.1 施工放样
在再生施工之前，应在道路的两侧放置一系列的标桩（杆）作为基线，用来恢复道路的中心线。标桩（杆）的间距，曲线距离不应超过20米，直线距离不应超过40米。
3.2 准备原道路
清除原道路表面（包括不需要再生的相临行车道和路肩）的石块、垃圾、杂草等杂物和积水，并清理边线。清除再生路段上存在的井盖等类似结构物。对原路的翻浆、车辙、沉陷、波浪、坑槽等病害进行处理，使原路基本平整。
3.3 准备新加料
1、计算材料用量：
（1）根据原道路再生深度内的平均密度，计算每平米新料的添加量。
（2）根据每车料的质量或体积，计算每车料的堆放距离。
（3）人工摆放和撒布水泥，应根据水泥剂量，计算每一平方米水泥稳定层需要的水泥用量，并确定水泥摆放的纵横间距。使用水泥稀浆车，应计算水泥浆的喷入量。
2、新加料装车时，应控制每车料的数量基本相等。在同一料场供料的路段内，由远到近将料按上述计算距离卸置于原路面的中间。卸料距离应严格掌握，避免有的路段料不够或过多。将新加料均匀地撒布在旧路面上，并检查新加料撒布是否均匀。
3.4 冷再生机组就位
使用推杆连接再生机组，并连接所有与再生机相连的管道。检查再生机操作人员是否已将所有与稳定剂添加量有关的数据输入计算机。人工摆放和撒布水泥。使用水泥稀浆车，应检查水泥稀浆车内的水泥和水是否充足。排除系统中的所有空气并确保所有阀门均处于全开度位置。检查再生路段内的导向标志，确保导向标志明确。对再生施工中所需要的其它机械设备进行全面的检查。
3.5 摆放和撒布水泥（使用水泥稀浆车时无此步骤）
按计算出的每袋水泥的纵横间距，在旧路上做好安放标记。应将水泥当日直接送到撒布路段，卸在做标记的地点，并检查有无遗漏和多余。将水泥均匀摊开，并注意使每袋水泥的撒布面积相等。水泥撒布完后，表面应没有空白位置，也没有水泥过分集中的地点。
3.6冷再生机铣刨与拌和
冷再生机推动稀浆车或水车在原路面上行进。冷再生机行进速度应根据路面损坏状况和再生深度进行调整，一般为6m/min～12m/min，使得铣刨后料的级配波动范围不大。网裂严重地段应降低再生机组行进速度，提高铣刨转子转速。再生机后应有专人跟随，随时检查再生深度、水泥含量和含水量，并配合再生机操作员进行调整。施工中再生深度的检查以相邻已经再生或原路面为标准，用钢纤刺入土中，测量其刺入深度，看其深度是否合格。应在作业面边缘固定导向线以帮助操作者。若进行多刀施工时，应时刻注意搭接的宽度，保证搭接宽度。再生机后宜安排4～5人处理边线和清理混合料中的杂质以及每刀起始位置的余料，以防止影响纵向接缝、横向接缝、平整度和再生材料的密实性。带有熨平板的再生机，应经常检查熨平板后混合料的厚度。在施工过程中，对混合料的级配、再生深度、水（或水泥稀浆）的喷入量有任何疑问时，应停止施工，等问题解决后再继续施工。每次再生的长度以保证后续作业能正常进行为宜，应认真组织施工，使再生的长度尽可能长些，以减少横向接缝。一次（不停机）再生的长度一般为150m～250m。每段再生结束后，应检查铣刨毂的刀架、刀头，发现损坏立即更换。
3.7碾压整形
根据路宽、压路机的轮宽和轮距的不同，制订碾压方案，应使各部分碾压到的次数尽量相同，路面的两侧应多压2～3遍。使用轮胎式再生机时，在整形之前，必须首先压实轮迹间松散的材料。在再生机后应紧跟一台钢轮振动压路机或凸块式振动压路机进行初压，采用高幅低频进行压实，压实遍数应足以保证再生层底部2/3厚度范围内的压实度达到规定要求。钢轮压路机的工作速度不得超过3km/h。在初压完成后，应立即用平地机整形。在直线段，平地机由两侧向路中心进行刮平；在平曲线段，平地机由内侧向外侧进行刮平。必要时，再返回刮一遍。对于局部低洼处，应用齿耙将其表层5cm以上耙松，并用新拌的混合料进行找平。整形时应将高处料直接刮出路外，不应形成薄层贴补现象。在整形过程中，严禁任何车辆通行，并保持无明显的粗细集料离析现象。整形后，当混合料的含水量为最佳含水量时，应立即用光轮压路机先以高幅低频振动模式后以低幅高频模式进行压实。直线和不设超高的平曲线段，由路肩向路中心碾时，应重叠1/2轮宽，后轮必须超过两段的接缝处，后轮压完路面全宽时，即为一遍。一般需碾压6～8遍。压路机的碾压速度，头两遍以采用1.5～1.7km/h为宜，以后宜采用2.0～2.5km/h。严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车，应保证再生层表面不受破坏。碾压过程中，再生层的表面应始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时补撒少量的水，但严禁大量洒水碾压。
碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和（加适量的水泥）或用其他方法处理，使其达到质量要求。经过拌和、整形的水泥稳定就地冷再生层，宜在水泥初凝前并应在试验确定的延迟时间内完成碾压，并达到要求的密实度，同时没有明显的轮迹。在碾压结束之前，用平地机再终平一次，使其纵向顺适，路拱和超高符合设计要求。终平应仔细进行，必须将局部高出部分刮除并扫出路外；对于局部低洼之处，不再进行找补，可留待铺筑沥青面层时处理。
3.8接缝和调头处的处理
1、 纵向接缝的处理
（1）道路宽度小于7m，纵向重叠较多时，不宜半幅施工，应考虑全幅施工，以减少重叠量，提高施工效率。
（2）一般重叠宽度为50-150mm。
（3）路面材料越厚，材料粒度越粗，重叠量越大。
（4）相邻两次作业间隔12h以上时，重叠量应增加。
（5）在纵向接缝上，根据已建再生层的完成时间，改变水泥稀浆（或水）的喷入量。
（6）纵向接缝的位置应尽量避开慢行、重型车辆的轮迹。
2、横向接缝的处理
应对所形成的横向接缝认真处理，施工中应尽量减少停机现象。停机超过水泥初凝时间，再生机再次施工时，必须将整个再生机后退至再生过的路段1.5m的距离，并重新撒布水泥。
3.9调头处的处理
如机械必须到已压成的水泥稳定就地冷再生层上调头，应采取措施保护调头作业段。一般可在准备用于调头的约8～10m长的稳定土上，先覆盖一张厚塑料布或油毡纸，然后铺上约10cm厚的土、砂或砂砾。
参考文献
【1】 《公路路面基层施工技术规范》（JTJ 034-2000）
【2】 《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》（JTJ057-94）
【3】 《公路路基路面现场测试规程》（JTJ E60-2008）
【4】 《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）
【5】 《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）
【6】 《公路工程质量检验评定标准》（JTG F80/1-2004）
