水泥全深度再生技術(shù)在公路養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用

馬長(zhǎng)明 趙錫娟 張業(yè)茂

近十年來(lái)我國(guó)修筑的高等級(jí)路面大多為瀝青路面,而且所用瀝青進(jìn)口的占很大比例,價(jià)格昂貴。許多地方石料匱乏,單價(jià)也日趨上升,原材料成本在整個(gè)路面工程中的比例也越來(lái)越大。大量的使用新石料、開采石礦也造成森林植被減少、水土流失等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境破壞。到現(xiàn)在我國(guó)很多路面,特別是高等級(jí)路面已經(jīng)或即將進(jìn)入維修或改建期,大量的翻挖、銑刨瀝青混合料被廢棄,一方面造成環(huán)境污染,另一方面是資源的極大浪費(fèi)。國(guó)內(nèi)外同行經(jīng)過(guò)多年的研究實(shí)踐,采用先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)能夠很好解決上述問(wèn)題。

道路的現(xiàn)場(chǎng)冷再生,就是常溫下將舊瀝青路面以及部分基層材料經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)破碎加工后,根據(jù)級(jí)配需要添加一定量的新集料,同時(shí)加入一定劑量的穩(wěn)定劑和適量的水,在自然的環(huán)境溫度下連續(xù)完成材料的銑刨、破碎、添加、拌和、攤鋪及壓實(shí)成型等作業(yè)步驟,重新形成結(jié)構(gòu)層的一種工藝方法[1]。為提高再生材料的強(qiáng)度加入了穩(wěn)定材料,本文選用摻加水泥,依托于無(wú)錫市江陰雙月線二級(jí)公路,分析了水泥全深度再生方案的確定方法及施工工藝。

1 試驗(yàn)路再生方案

試驗(yàn)路安排在無(wú)錫市江陰雙月線,二級(jí)路,寬約12 m,雙向兩車道,交通量約5000輛/d～10000輛/d,其中重載車輛較多。該路段使用達(dá)十余年,期間修補(bǔ)無(wú)數(shù)。路況整體較差,出現(xiàn)了橫縫、龜裂、沉陷、坑槽等損壞。通過(guò)對(duì)該路段破損調(diào)查,掌握了路面結(jié)構(gòu)形式和各結(jié)構(gòu)層狀況,采用FWD測(cè)得路面彎沉值,并且對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行反算,得到各結(jié)構(gòu)層的彈性模量。在綜合所得信息的基礎(chǔ)上,確定現(xiàn)場(chǎng)冷再生試驗(yàn)路方案,擬采用水泥全深度再生,再生深度為23 cm,加適量水泥,再生成半剛性基層,然后加鋪4 cm瀝青層罩面,長(zhǎng)1200 m。

根據(jù)級(jí)配設(shè)計(jì)結(jié)果,分別配2.5%,3.5%和4.5%的水泥劑量進(jìn)行擊實(shí)試驗(yàn),然后采用烘干法測(cè)定試件最佳含水量,并計(jì)算最大干密度。

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,隨著水泥劑量的增加,水泥全深度再生混合料的最佳含水量和最大干密度都呈上升趨勢(shì)。

參照J(rèn)TJ 014-97公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范,推薦水泥全深度冷再生混合料設(shè)計(jì)指標(biāo)為:無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值不小于2 M Pa,彈性模量平均值不小于1200 MPa。

為改善再生料的合成級(jí)配,采用加10%石屑,得到水泥劑量3.5%為最佳劑量。

2 冷再生施工工藝

1)清潔舊路面。首先對(duì)要再生的路面進(jìn)行灑水清掃,保持舊路的整潔。

2)新集料的撒布和水泥的添加。按銑刨料的最大干密度、舊路的銑刨厚度、新集料用量和穩(wěn)定劑用量,計(jì)算新集料的攤鋪厚度,打格鋪料。水泥采用的添加方式:將固態(tài)粉狀水泥撒布在再生機(jī)前的被再生路面上,當(dāng)再生機(jī)經(jīng)過(guò)時(shí),可將水泥與被銑刨下來(lái)的舊混合料進(jìn)行拌和。

3)再生。WR2500型冷再生機(jī)將銑刨、拌和及攤鋪工藝一次性完成,大大減少了工程量。對(duì)于水泥全深度冷再生,銑刨深度為23 cm,用水量為2%。

4)碾壓工序。現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)碾壓工藝見(jiàn)表1,施工過(guò)程中水分不可避免散失,為保證再生料保持在最佳含水量,可灑一定量的水。

表1 現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)碾壓工藝

5)養(yǎng)生。碾壓成型4 h后(視氣溫情況),可以用潮濕的帆布、粗麻袋、稻草、麥秸或其他合適的潮濕材料覆蓋,在整個(gè)養(yǎng)生期間,都應(yīng)保持覆蓋材料處于潮濕狀態(tài)。也可以在冷再生層上直接淋水養(yǎng)護(hù)。在7 d內(nèi)禁止放行交通,全天候養(yǎng)生,始終保持頂面濕潤(rùn)。

3 試驗(yàn)路跟蹤觀測(cè)

采用FWD彎沉儀對(duì)試驗(yàn)路的彎沉進(jìn)行跟蹤觀測(cè),FWD基本工作原理是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制下的液壓系統(tǒng)提升并釋放一重錘,對(duì)路面施加脈沖(沖擊)荷載,模擬行車荷載對(duì)路面的作用,測(cè)定在沖擊荷載下的彎沉盆。利用FWD測(cè)得的彎沉盆數(shù)據(jù)可反算各結(jié)構(gòu)層的動(dòng)態(tài)模量,從而能準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)層狀況。

第一次觀測(cè)于2005年10月中旬,試驗(yàn)路養(yǎng)生結(jié)束開放交通約7 d后,試驗(yàn)路再生后還沒(méi)有鋪筑瀝青罩面,但已投入使用;第二次觀測(cè)是在2006年4月上旬,江南冬季濕冷天氣已經(jīng)結(jié)束,試驗(yàn)路4 cm瀝青罩面已鋪筑;第三次觀測(cè)在2006年11月下旬,試驗(yàn)路在經(jīng)過(guò)近一年的使用后,再生層良好的使用性能逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。不同時(shí)期的彎沉測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2可以看出,與再生前相比,水泥全深度再生路段強(qiáng)度顯著提高。再生后第一次檢測(cè),由于試驗(yàn)路施工剛剛結(jié)束,未鋪筑罩面,強(qiáng)度較低;第二次與第一次相比,彎沉值總體減小,尤其左車道彎沉值減小幅度較大;第三次,該路段路面強(qiáng)度略有提高。

從表3可以看出,再生路段路面結(jié)構(gòu)層模量逐漸增長(zhǎng);反算出的動(dòng)模量與室內(nèi)試驗(yàn)的靜模量相比,數(shù)值較大。

表2 水泥全深度冷再生路段(K0+000～K1+200)不同時(shí)期的彎沉

表3 試驗(yàn)路再生層動(dòng)模量代表值 MPa

4 結(jié)語(yǔ)

1)通過(guò)對(duì)水泥全深度再生測(cè)定其試件的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度和彈性模量,來(lái)確定穩(wěn)定劑的最佳劑量是可行的。2)推薦水泥全深度冷再生配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為:無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度代表值不小于2 MPa,彈性模量平均值不小于1200 MPa。3)試驗(yàn)路跟蹤觀測(cè)結(jié)果表明,水泥全深度再生方案的路用性能良好。4)水泥全深度再生技術(shù)成本低、工期短、環(huán)境污染少,路面的幾何線形及高程能得到很好地保持,更適用于低等級(jí)道路改建,特別在縣鄉(xiāng)道路改造中有更大的推廣價(jià)值。

[1]郭忠印,李立寒.瀝青路面施工與養(yǎng)護(hù)技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]王 麗.水泥為添加劑的瀝青路面冷再生技術(shù)的研究[D].天津:河北工業(yè)大學(xué),2003.

[3]沙慶林.高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面[M].北京:人民交通出版社,1998.

[4]郝培文.瀝青路面施工與維修技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2001.