石灰為穩定劑的就地冷再生基層應用研究

田小革，祝海折

(長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410014)

1 工程概況

國道109線橡皮山段黑馬河至大水橋段(k2176+000～k2216+000)，自2001年建成通車以來，擔負著繁重的交通運輸任務，創造了良好的社會效益。近年來，重載、超載車輛交通量迅速增長，加之青藏鐵路修建時大批運輸重載車輛的經過，同時該地區降雨量逐年遞增，在一定程度上加快了路面的早期破壞，大大降低了路面的使用壽命。

原路面結構層為4 cm改性瀝青混凝土+15 cm水泥穩定砂礫+9～39 cm天然砂礫。該路段的主要病害通過分析可以發現:①各種病害均不同程度地有所產生，其中網裂、縱橫向裂縫、坑槽及沉陷、抗滑性差病害尤為嚴重。經統計分析，路面每百米裂縫率最高達到40.38%。裂縫率大于10%的路段已占總里程的6%。車轍超過5 cm深度的已占總里程的31%。路面抗滑性能很差，擺值(BPN)最小值為26。②路面結構強度狀況不佳，彎沉代表值為77(0.01 mm)，路面結構強度處于中級以下的已占總里程的26.6%。③銑刨面層和基層后，在其表面用承載板測其頂面回彈模量，平均值為68 MPa。

2 石灰為穩定劑冷再生基層強度形成機理

將破碎的舊瀝青混合料和舊水穩基層作為再生基層的骨料使用，再添加部分新骨料用于改善級配。為了滿足基層的技術性能要求，在舊混合料中加入一定量的石灰穩定劑和水，經過拌合、碾壓成型和養生后，可以形成跟石灰穩定類材料類似的基層。石灰為穩定劑的冷再生混合料，在壓實成型后，系由固相(固體石灰、舊水穩集料、裹覆瀝青的集料)、液相(水溶液)和氣相(空氣)三相組成。三相之間經過復雜的物理化學變化，形成強度以滿足其路用性能要求。

3 冷再生混合料配合比設計

3.1 舊路面結構層材料組成分析

選擇現場具有代表性路段進行銑刨，對銑刨后的混合料進行抽提篩分，檢查舊混合料級配是否滿足設計要求，如果級配不符合設計要求，應調整路面再生機的行進速度和轉子速度，必要時再添加新的骨料進行改善。分別對5個標段的舊混合料進行篩分，篩分結果見表1。

從抽提試驗篩分結果可以看出，混合料中粗顆粒含量偏少，而細顆粒含量較多。這是由于面層中的骨料在長期行車荷載作用下，逐漸被壓碎造成的。必須添加新的粗集料才能滿足設計的級配要求。

3.2 摻加材料性質

3.2.1 石灰穩定劑

本次試驗采用的石灰為Ⅱ級鈣質消石灰，其部分技術指標如表2所示。

3.2.2 碎礫石

摻配所用碎礫石采用河卵石進行破碎，粒徑為5～40 mm，篩分結果如表3。

3.3 摻配后冷再生混合料的組成

冷再生混合料由原瀝青混凝土路面(4 cm)、原水泥穩定基層(15 cm)、碎礫石、石灰及水組成，再生結構層為原瀝青混凝土路面和原水泥穩定基層，

表1 各標段舊混合料的級配

表2 石灰技術指標 %

表3 碎礫石篩分結果

根據試驗確定摻的碎礫石量，使其再生混合料的級配符合基層級配要求。基層摻配試驗結果如表4、表5。

表4 摻配后各標段的級配

表5 各標段碎礫石摻配表

3.4 最佳含水量及最大干密度確定

冷再生混合料的最大干密度和最佳含水量是通過標準擊實試驗確定的，對摻配好的混合料在預估的最佳含水量附近選擇5～6個不同的含水量制備試樣，擊實完畢后用烘干法測定試件的真實含水量，并計算干密度。根據擊實試驗數據得出含水量—干密度曲線，確定混合料的最佳含水量和最大干密度。

經現場取樣進行擊實試驗確定各路段最佳含水量及最大干密度，并且在確定的最佳含水量和最佳水泥劑量下成型試件，進行強度試驗。試驗結果如表6、表7。

4 鋪筑試驗段

4.1 試驗段各項參數的確定

現場選取k2176+000～k2177+900為冷再生試驗段，根據試驗室試驗數據確定該路段各項參數如表8。

嚴格按照冷再生施工工藝進行試驗路段的鋪筑，現場嚴格按試驗確定的摻配量進行計量控制。

表6 各路段最佳含水量及最大干密度結果

表7 各標段無側限抗壓強度

表8 試驗段技術參數

4.2 試驗路主要技術指標的檢測與分析

試驗路鋪筑完畢，對路基進行了一些路用指標的檢測，具體包括:壓實度和平整度檢測，養生7 d后無側限抗壓強度檢測，其檢測結果分別見表9、表10和表11。

表9 基層壓實度抽檢結果

表10 基層平整度抽檢結果

表11 基層鉆芯取樣抽檢結果

通過對再生基層的鉆芯取樣，其芯樣完整、密實，且厚度均達到設計要求。從檢測數據看，再生后的壓實度、平整度和強度均達到設計指標，滿足基層的總體技術要求。

5 經濟和社會效益分析

就地冷再生技術簡化了施工工序、節約原材料、縮短工期、保護環境等，同時帶來了巨大的經濟效益和社會效益。

5.1 經濟效益

5.1.1 工程造價

通過對國道109線橡皮山段黑馬河至大水橋段(k2176+000～k2216+000)的經濟評價，可以發現冷再生方案要比傳統的挖出除重建方案節約工程造價約27%。表12以10 000 m2、20 cm厚為基準，對比了該項目采用冷再生方案與傳統挖除重建方案各施工項目的工程造價，兩個方案施工完成后道路結構相同，在經濟比較中不考慮造價相同的項目(如路面、路肩、交通工程設施等)。

5.1.2 工期

就地冷再生技術節約砂石材料，降低了工程造價，并且簡化了施工工序，免除了挖除重建時的挖出、運輸、重新攤鋪混合料等工序，因此大大的縮短施工工期。隨著大型冷再生機的不斷采用，施工效率越來越高，經濟效益就越明顯。結合國道109線橡皮山段黑馬河至大水橋段(k2176+000～k2216+000)的工程實際，使用詳細分析后的綜合數據，表13中對完成100 000 m2工程冷再生方案和挖除重建方案進行了對比，結果表明，采用冷再生方案能夠縮短工期51 d，同時在施工時還可以不中斷交通，提高了綜合運輸效益和社會效益。

表12 冷再生方案與挖除重建方案造價對比 萬元

表13 冷再生方案與挖除重建方案工期對比d

5.2 社會效益分析

冷再生技術不僅具有良好的經濟效益，而且具有較好的社會效益及環保效益，尤其是在資源匱乏、生態脆弱的青海及西北地區這些優點更加突出。

1)充分利用廢舊路面材料，減少砂石料及片石的開采，節約了資源，保護了植被及生態;

2)冷再生技術節約了投資，維修的路面快捷，提高了公路的路用性能，保證了行車安全;

3)與熱再生技術相比，節約能源、保護環境的同時也減少了對施工人員的危害。

綜上所述，冷再生技術的推廣所具有的社會和環境效益，從某種意義上來說，甚至比直接的經濟效益更大。

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