旧沥青路面就地冷再生水泥稳定基层施工技术探讨
2016-05-23
1．前言
随着公路交通的快速发展，新建公路的比重逐年减少，改建、大修工程比例不断扩大。采用传统方式改造大修沥青路面，会因为沥青和砂石材料的使用破坏周围环境，而且因为大量弃碴容易造成环境污染。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，还有利于节约能源，不产生废碴，避免环境污染，降低工程造价。特别是就地冷再生，不仅施工时间短，而且避免了大量材料的运输，进一步降低了工程造价。
就地冷再生技术是将需要改建或大修的旧路面，在常温情况下，原地加入适量的稳定剂，经过就地翻挖、破碎、拌合，形成具有一定路用性能的再生混合料，并就地平整碾压成路面基层或底基层的整套工艺技术。水泥稳定基层就地冷再生是在原损坏的沥青路面上铺一层一定厚度的水泥，并通过再生机加水使其在最佳含水量状态下翻挖、拌和形成再生混合料，通过整形、碾压、养生形成符合设计要求的道路基层的过程。
水稳基层就地冷再生的适用范围如下：
1）原沥青路面面层厚度不大于7cm，面层厚度大于7cm 宜在水泥稳定就地冷再生基层和泡沫沥青稳定就地冷再生面层两个方案之间进行技术经济比较后确定，比如等级高的路面和高速公路路面。
2）在预估的再生深度范围内，不存在过多超粒径颗粒（最大粒径超过10cm的砂砾或铁渣等），否则会对铣刨转子造成损害；
3）再生前路面损坏是仅限于路面面层，如果属于路面深层结构问题，病害较多，变形严重，再生后的基层厚度不足以处理破坏深度，造成再生层以下的承载层强度不足的不适于冷再生；
4）旧路结构层总厚度（面层、基层及垫层之和）小于25cm，或者25cm内含有泥结碎石等破坏水泥胶结强度的不适于冷再生。
5）标高在一定程度内不受限制的路面工程。如果净空受到限制，或者与周围环境有高度限制的路面不适于冷再生。
6）风大的天气条件不适于冷再生施工，因为风会把水泥吹得满天飞。冬季施工条件下因为产生冰冻，会造成再生基层强度不足，不适于水泥冷再生施工。
2．施工工艺流程
材料设备准备——技术准备——现场准备——再生施工——养护
3．施工方法
3.1材料、设备准备
1）材料
材料指水泥、水、处理原路面平整度需要的级配碎石。
水泥：采用缓凝PC32.5型号的水泥，最短初凝时间应大于3小时，最短终凝时间应大于6小时，以利于就地再生施工时，分段整形碾压工序完成。
水：采用城市饮用自来水或者农村饮用井水。
级配碎石：通过现场取样筛分找出原路面结构混合料的级配，当路面出现较大的坑或者产生病害需要挖除留下坑时，先人工配制同样级配的材料找平。
2）设备
最主要的设备是冷再生机，冷再生机市面上流行的有以下几种，但从性价比比较，在工地主要以选河北生产的维特根WR2500S(或SK)和江苏生产的奥雷科技WR2400两种型号的冷再生机为主。
序号 机 型 最大铣拌宽度（mm） 转子半径（深度）（mm）
1 卡特彼勒RM500冷再生机（美国） 2438 406
2 卡特彼勒RM300冷再生机（美国） 2438 457
3 维特根WR2500SK冷再生机（河北） 2438 500
4 维特根WR2500S（河北） 2438 500
5 辛美来亚WR2400冷再生机（广东） 2400 500
6 奥雷科技WR2400（江苏） 2400 400
7 奥雷科技WR2100（江苏） 2100 400
另外，在工艺过程中还需使用以下配套设备：
凸块式自行振动压路机：吨位必须达到25吨以上，自带激振，主要用来初压，主要作用是深层压实，即保证再生层下部2/3部分的压实度。
振动压路机：吨位达到25吨以上，用来复压。
轮胎压路机：主要用来稳压，防止表面起皮和松散。
双光轮压路机：最后用来终压和表面刨光。
平地机：功能是表面平整，比如凸块式振动压路机碾压过后平整，终压过后刨光碾压前的平整等。
水车：主要是配合再生机掺水，成型后养护洒水等。
3.2技术准备
1）混合料配合比试验
试验室现场取样，做筛分试验、再生料配合比试验、击实试验。取样点每个设计均匀段必须达到三个以上，取样深度必须不低于再生层厚度才可代表再生混合料。通过试验获取原路面混合料的级配，配制再生料的配合比，计算水泥掺量、混合料最佳含水量、现场需添加的用水量等指标，指导现场施工。
2）施工方案
制定施工方案，对操作人员和管理人员进行培训，主要是为了大家在工艺中的协调作业能力。因为水泥的初凝时间是一定的，在初凝前必须保证碾压、整形完成，但为了提高劳动生产率，施工作业区域又想尽可能大，这就有个平衡点的问题，操作越熟炼、同样时间内的作业范围就越大。因此必须靠全体作业人员熟悉技术方案，互相配合达到最佳状态，才能尽可能减少冗余时间，发挥最大功效。
3.3现场准备
1）施工测量
现场用油漆作方格角点标示，然后进行高程测量，方格长度一般为5米，宽度一般为一个车道宽，也可以根据掺几袋水泥的面积划分方格。获取现场的第一手控制资料。
2）场地清理和围护
施工前，对场地内杂物、临时障碍物要进行清理，对原路的翻浆、车辙、沉陷、波浪、坑槽等病害进行处理，以保持原路的基本平整。注意对现场周边的围护，防止人员和车辆进入施工现场。分段施工时，一般是围一段施工一段，以达到尽可能少影响当地交通的目的。
3）试验段施工
找一块200米左右的施工段做为试验路段，进行一次实际的模拟试验，主要目的是：检验再生后的材料与试验室配合比试验参数的符合程度；确定再生机的行进速度和转子速度；确定压实工艺，通过1～3个路段的压实工艺选出最经济合理的压实工艺；检验施工方案和人员组织的适应性。
3.4再生施工
1）设备使用性能检测
使用推杆连接再生机组，并连接所有与再生机相连的管道。
检查再生机操作员是否已经将所有与稳定剂添加量以及加水量有关的数据输入计算机。
排除系统中所有空气并确保所有阀门均处于全开度位置。
对工艺过程中需使用的其它机械设备进行全面检查。
2）现场基底找平
根据测量的标高情况，现场个别坑槽要用试验室取样配制的级配碎石先补平，补平时采用人工找补。
3）水泥铺摊
水泥采用袋装水泥，根据现场画的方格人工分发。然后人工解包，人工耙平。因为现场采用人工作业，水泥剂量要在试验室配合比数据上增大1%的添加量。
水泥用量计算公式：水泥用量(kg／m2)=压实厚度(m)×最大干容重(kg/ m3)×压实度(%)×水泥剂量(%)
实际施工时，现场配合施工人员一般分为划线组及布灰组。其中画线组共4人，负责人1名，工人3名，负责布灰前划方格网，并划分幅线；布灰组共11人。其中负责人1名，工人10名，负责装运水泥、布灰摊平、且分布均匀。人员数量可以根据施工工作量的大小调整。
4）再生机铣刨拌合
WR2500S通过操作台电脑的8个开关控制16个喷头，拌和时重叠部分喷头处于关闭状态时不再加水。掺水量根据试验参数和机械喷射速度进行控制，以确保混合料达到最佳含水量。现场冷再生机拌和过程中，质检组随时检测拌和的均匀性、含水量、水泥剂量及厚度，保证拌和深度不小于设计厚度。
5）收边
再生机后边安排4～5人工按照设计宽度进行收边，将多余部分铲除，清理混合料中杂质以及每刀起始位置的余料，以防止影响接缝、平整度和再生料的密实性，要求表面平整密实、无松散，边部要求线形顺直。
6）碾压、平整、碾压
碾压分为初压、复压、终压。
初压：根据试验段确定的碾压遍数，采用凸块式自行振动碾强振三遍，行进速度不超过2km/h。初压时，注意从横坡低处往高处碾压。
平整：凸块碾强振三遍后采用平地机进行整平，人工配合平地机修整边角。平地机整平施工时，先依据原路横坡初平，技术人员用水准仪和3米直尺复核结果，然后进行精平。施工接茬处平地机整平时刀口要比原路面高出0.5cm～1cm，以保证终压后接茬处的平整度。
复压：用振动压路机以行进速度2km/h静压一遍，然后强振三遍。
终压：用轮胎压路机以行进速度3km/h稳压五遍。
刨光：用双光轮压路机静压1～2遍，直到基层表面收光为止。
6）接缝和调头处处理
两工作段的衔接处应搭接拌和。停机时间超过水泥初凝时间、再生机再次施工时，必须将再生机后退至再生路段1～2m的距离内，重新撒布水泥拌和，并与新的施工段落—并碾压。同时，冷再生施工一般不留纵向接缝，一定要留时不应斜接，接缝应密实，并采用搭接拌和，纵接缝处搭10～20cm加水泥重新拌和并与新的施工段落一并碾压成型。
如机械必须在已经碾压成型水泥稳定就地冷再生层上调头，应采取隔离保护措施。一般可在调头段上铺一张彩条塑料布或油毡，然后再铺上10cm厚左右的土或砂，调头时尽量匀速、不急刹。
3.5养护
养生采用透水土工布覆盖（养护完后清理干净）洒水车洒水保湿养生，养生时间保证在7天以上，7天以后方可开放交通。
在养生期间应进行交通管制，除洒水车外的任何车辆禁止通行，并禁止水车在已碾压成形的基层上调头和急刹车，如必须进行，应采取保护措施。如果没法阻断交通，要严禁重车通行，且对通过车辆限速30公里以下。
养生期内如出现病害要及时挖补、修整到标准要求，严禁采用薄层“贴补”的方法处理。
4．质量控制
1）质量控制标准参照下表
项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法 频率
1 新加料摊铺厚度(mm) ±5mm 尺量 每车料测5点
2 水泥撒布量(m2) 符合设计要求 尺量 每200m每车道测5点
3 再生机行进速度与转子速度(m/min) 以试验段结果为准适当调整 从仪表读取 每200m每车道一次
4 再生深度(cm) ±1 开挖（或以钢纤刺入）、尺量 下刀、收刀两侧；每200m每车道开挖一点；每50m每车道尺量一点
5 再生混合料级配 符合设计要求 不加水泥铣刨烘干后筛分 每2000m2一次
6 水泥剂量 不小于设计值-1.0% 滴定法或用直读式测钙仪试验 每20002一次，至少6个样品
7 含水量 比设计大1~2% 随时观察，异常时随时试验 ——
8 拌和均匀性 无灰条、灰团、色泽均匀，无离析 随时观察 ——
2）质量评定标准参照下表
项次 检查项目 规定值或允许偏差 检查方法 频率
1 压实度（%） 代表值 97 规范方法 每200m每车道2处
极值 93
2 平整度（mm） 12 3m直尺 每200m测2处×10尺
3 纵断高程(mm) +5，-15 水准仪 每200m测4个断面
4 宽度(mm) 符合设计要求 尺量 每200m测4个断面
5 厚度(mm) 代表值 -10 规范方法 每200m每车道1点
合格值 -20
6 横坡(%) ±0.5 水准仪 每200m测4个断面
7 强度(MPa) 符合设计要求 规范方法
5．注意事项
冷再生因为受水泥初凝时间控制，每个循环施工长度以200米左右为宜。
施工前，人员、材料、设备一定要进行检查，特别是材料必须按需要量备到现场，否则容易出现材料中断而形成废品。
施工过程中，应随时检查深度及速度，以保证再生深度及破碎的混合料级配合理。
使用平地机初找平，并均匀排压，然后使用平地机刮平至设计高程。平整过程中，注意不要薄层找补。
检测含水量，必要时补水，使其符合最佳含水量。
碾压工艺是施工的关键环节，施工中应严格控制，碾压过程中，压路机轮边距必须搭接20～30cm，以免造成漏压。碾压过程中，如混合料出现弹簧、松散、集料窝、集料带等现象，应立即挖除并换料填补。
碾压作业时，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，以免再生基层表面受到破坏。
碾压成形时，时间应控制在水泥初凝时间范围内。
6．相关问题探讨
6.1再生厚度和深度
目前基层就地冷再生施工对原有道路破坏深度要求比较严格，主要是担心再生后基层的下承层持力不足。从再生机转子直径看，达到50cm，那么从理论上说，再生生深度可达40～45cm，目前再生的深度一般控制在15cm～ 30 cm以内，主要原因应该是压实机具是否能保证再生层全厚度范围内的压实，如果更新压实机具，再生深度应该可达到40 cm左右。这对损毁比较严重的路面再生，将是一场新的变革。
6.2一机施工与多机联动施工
根据现有经验和规范，再生机工作速度一般为6~12m/min，行走一遍就完成任务，也就是每小时在工作宽度内的再生长度约500米。压路机行走速度2～3公里，但同种机型至少要压3遍，且多种机型配合，加上中间的平整和人工辅助整形需要时间，与再生机工作速度基本能稳合。所以，如果多台再生机联动施工，只要压实机具配套，就不受路面宽度限制，能保证不留纵向接缝。
6.3压实机械选型
压实机械选用初压、复压、稳压、刨光压设备，虽然合理，也最节约，但对于工艺推广来说受到了投入设备原值过高的限制。实际上，从质量方面分析，有重吨位（25吨以上）振动压路机就能满足要求。施工过程中，采用重吨位振压路机在再生机后边稳压（不开振动）一遍，次强振碾压数遍，平整、整形后，再弱振静压2遍，静压一遍，也能达到刨光和压实的效果。
7．结束语
随着国家经济的发展，道路交通也带来了迅猛的发展，对环境的保护也越来越受重视，如何减少对既有路面交通的影响和减少公路建筑垃圾会越来越成为公路建设市场必须面对的课题，特别在城市道路施工中，路面冷再生施工技术具有对交通影响小、消耗资源少、施工时间短、不产生垃圾、节省成本等优点，将有广阔的发展前景。
