道路舊材料再生利用方案探討

牛丹潔

(許昌市公路管理局 許昌 461000)

目前，我國大量公路路齡達到大修年限，傳統大修改造方法造成大量的翻挖、銑刨材料被廢棄，一方面造成環境污染，另一方面也是資源的極大浪費，因此，對舊路面材料的再利用已成為道路建設者必須考慮的問題。

本文依托國道311線許襄快速通道大修工程路面結構設計，探討如何解決材料再生利用問題，尋找一個合理、優化、環保、節能的組合設計。

1 項目基本信息

1.1 項目概況

國道311線襄城界至庫莊段大修工程全長13.384 km，原道路技術標準為設計車速80 km/h的二級公路。道路采用瀝青混凝土路面，路基寬30 m，主路面寬25 m，雙向6車道。受資金限制，本次大修維持原有線形及技術指標，僅對原路病害進行處治，以恢復路面結構強度。

1.2 原路概況

大修路段于1996年建成，2011年進行了大修改造，建成后由平頂山路勁許南公路開發有限公司養護，原路面結構如下。

面層。3 cm細粒式瀝青混凝土+4 cm中粒式瀝青混凝土。

基層。18 cm水泥穩定碎石+24 cm厚冷再生層。

底基層。15 cm厚石灰土。

墊層。15 cm厚石灰土。

該路段原為收費經營性路段，路面結構基層僅為一層18 cm厚水泥穩定碎石，重載車道承載嚴重不足，在大修前該路段交通量為37 274輛/d(交通當量)，其中拖掛、特大貨、集裝箱為20 072輛/d(自然數)，道路長期超負荷，坑槽、沉陷連片，加之近年來環保工作要求，經常灑水沖刷路面，路面長期浸水損害，再經重載交通的反復碾壓后，縱橫坡受損，路面喪失排水功能，積水直接進入基層，路基長期遭受浸泡。

2 大修改造方案的設計思路

該條道路的路面技術狀況區別較大，道路通行狀態特征明顯。重車方向(即下行方向)路面損壞嚴重，且多由重載交通超載碾壓及長期路面浸水造成，局部路基呈現飽和，坑槽、沉陷嚴重；輕車方向(即上行方向)路面技術狀況略好，主要為面層、基層病害，濕軟路基較少，但不排除施工期間因單幅通行造成的病害加劇；部分外側車道交通量小，路面病害輕微，基層部分尚好。

結合上述情況，本次大修改造對原路病害處治主要分為5個部分:軟基處理、基層和底基層冷再生利用、水泥穩定碎石補強層、封層和透層、面層恢復。

1) 軟基處理。通過軟基處理，對原路面遭受浸泡的飽和石灰土底基層進行處置，局部墊層換填，提高路基的穩定性，防止路基的不均勻沉陷。

2) 基層、底基層冷再生。通過實驗盡量采用水泥冷再生技術對原路灰土底基層及水泥穩定碎石基層進行再生利用，作為新路面結構下承層，增強道路承載能力，節約建設成本，減少環境污染。

3) 水泥穩定碎石補強層。對原路基層強度不足現象采用水泥穩定碎石進行補強。

4) 透層、封層：水泥穩定碎石基層上通過粘結透層、封層保障瀝青混凝土面層與碎石基層緊密結合，防治路面積水下滲。

5) 面層。通過鋪筑改性瀝青面層，提高路面防水，同時提供舒適、安全、耐久的行駛平面。

3 大修改造方案

3.1 設計方案

根據JTG D50-2006 《公路瀝青路面設計規范》，設計標準軸載采用100 kN的雙輪組單軸載，二級公路瀝青混凝土路面設計年限為12年，設計使用年限內1個車道上的累計當量軸次為3.13×107，路表設計彎沉值為 20.9(0.01 mm)。公路自然區劃分為II5區，土工實驗土質多為低液限黏土。綜合經濟、環保因素，根據需要對所修路段路面結構進行分類[1]。

1) 重車方向(即下行方向)設計將原路結構層挖除，再向下深挖40 cm，利用原路結構層廢料進行換填，重新鋪筑底基層，利用雙層水泥穩定碎石提高承載能力，乳化瀝青透層提高碎石整體性，減少水穩碎石反射裂縫，同時采用碎石封層封堵面層水下滲，改性瀝青面層提高面層高溫、水穩定性，增加面層厚度,具體路面結構見表1。

表1 重車方向設計方案

2) 輕車方向(即上行方向)設計將原路結構層挖除，就地鋪筑冷再生底基層改善穩定性，水泥廠拌冷再生進行基層換填以達廢料再利用目的，通過水泥穩定碎石補強提高承載能力，乳化瀝青透層提高碎石整體性，減少水穩碎石反射裂縫，同時采用碎石封層封堵面層水下滲，改性瀝青面層提高面層高溫、水穩定性，增加面層厚度。具體路面結構見表2。

表2 輕車方向設計方案表

3) 部分外側車道設計將原路面層挖除后，對原有基層水泥穩定碎石進行了就地冷再生循環利用，鋪筑水泥穩定碎石補強并調平，乳化瀝青透層可提高碎石整體性，減少水穩碎石反射裂縫，同步碎石封層封堵面層水下滲，改性瀝青面層可提高面層高溫、水穩定性，增加面層厚度。具體路面結構見表3。

表3 外車車道設計方案表

3.2 結構層設計

3.2.1瀝青混凝土面層

瀝青混凝土面層主要起表面保護作用，提供平整、抗滑的路面使用性能，舒適、安全的行車性能，密水、抗變形的結構性能。根據JTG D50-2006 《公路瀝青路面設計規范》的有關要求，半剛性基層瀝青路面，二級公路瀝青層厚度宜為60～12 mm，根據許襄快速通道的實際情況，瀝青面層厚度采取9 cm，以保證預期使用性能和使用壽命。

許襄快速通道超載車輛多，按照交通繁重、重載車輛較多的公路進行設計，瀝青面層宜選用改性瀝青，考慮日后大氣污染防治處理措施會使路面經常潮濕，上面層應具有密水、抗滑、耐久等性能，同時為保持行車舒適性，宜采用表面功能較好的AC-13C結構，設計4 cm厚的SBS防水改性瀝青材料。下面層主要考慮高溫抗車轍及泌水要求，設計5cm厚的AC-16C的SBS防水、熱塑性橡膠類抗車轍改性瀝青材料。上、下面層之間設改性乳化瀝青黏層，以加強層間結合[2]。

因原路面病害嚴重，沉陷較多，半幅通行后部分路段幾近斷行，為保障通行能力，原道路瀝青混凝土面層銑刨料用于半幅通行時的臨時襯墊。

3.2.2橡膠瀝青同步碎石封層

項目運營后受大氣污染防治因素影響，必然導致面層瀝青混合料因沖刷造成空隙率增大，面層向下滲水的病害，采用橡膠瀝青同步碎石做下封層，可防止水分滲入基層，達到保護基層的目的，同時將其鋪設于基層面上，可防止基層溫縮和干縮裂縫反射到路面，從而增強抗裂性能。

3.2.3乳化瀝青透層油

透層油的作用：①填補基層表面的細小縫隙，透層油中含有一定量的瀝青，下滲后具有填隙的作用；②固結基層表面松散，基層表面細集料松散不可避免，且不能消除，透層油中的瀝青具有固結作用；③提高基層表面強度和整體性，基層表面是其整體強度的薄弱環節，透層油對其具有良好的彌補作用；④增加基層和面層的聯接，設計透層油能夠增強半剛性基層和瀝青層面之間的結合作用，使其層間的結合盡可能接近完全連續狀態。

因此，乳化瀝青透層油不僅具有環保、防止滲透的優點，還可發揮對基層的固結、穩定、聯接、防水的作用。

3.2.4水泥穩定碎石基層

該層的主要作用是補強和調平，結合工程規模、投資、進度要求以及管理等方面因素，設計采用水泥穩定碎石，強嵌擠骨架密實型結構，按照DB 41/T864-2013 《公路水泥穩定碎石抗裂設計與施工技術規范》規定，水泥劑量設計為4%。

3.2.5水泥穩定碎石冷再生

該層主要通過對原受損基層強度改善，從而對原路基層水穩碎石進行再利用。結合路段實際情況，為提高再生基層應用效果，設計采取廠拌冷再生處理，對原路面廢料進行篩分，添加新骨料，通過實驗分析水泥用量及最佳含水量，形成新結構層[3]。

3.2.6水泥石灰土就地冷再生

使用傳統換填石灰土施工方法，原路石灰土棄量大，對環境造成污染，并需開采大量新材料的，石灰土就地冷再生可一次性完成銑刨、添加、拌和及攤鋪，從而簡化施工程序，經濟環保的同時可有效緩解國道施工工期緊張的壓力。同時考慮節約成本、施工效果等因素，最終確定采用水泥作為再生劑。

由于全部利用了舊的鋪層材料，減少了公路維修時舊鋪層材料的挖除、運輸、廢置和部分新材料的購置費用，從而大大降低成本。一般可降低20%～40%[4-5]。

3.2.7原路廢料換填墊層

因上層結構受損透水，造成淺層濕軟地基需要換填增強承載能力。按照JTG F10—2006 《公路路基施工技術規范》應選用水穩性及透水性好的材料，結合環保及經濟因素，設計采用原路基層水泥穩定碎石銑刨料進行換填，通過篩分實驗確保填料最小強度及最大粒徑滿足技術要求。

4 新老路面對比

新路面結構設計較舊路面在經濟、環保方面有以下改進：①路面結構層按不同交通荷載進行不同設計，這樣一方面保證了承載力，另一方面杜絕了資源的不必要浪費；②結構層采用再生技術，加大了舊材料的回收利用，減少能源消耗和碳排放，具體節能對比見表4[6]；③增加冷再生底基層，一定程度上提高了承載能力。

表4 碎石冷再生與重新鋪筑能耗對比表

注：許昌市建設用碎石材料基本為禹州碎石，以平均運距100 km計算，表中為每購進1萬t碎石的運輸耗能比較。

5 結語

公路大修不同新建，可在實施過程中根據實際情況進行處治方案優化，在符合工期、質量要求的前提下應盡可能循環利用舊路材料，節約建設經費。本文結合許襄快速通道工程，提出的改造設計方案，旨在有效改善道路承載、通行能力的同時盡可能對舊材料進行循環利用，因地制宜，針對不同路段的現狀、交通荷載要求分類處置，分段設計方案，進而達到節省資源，減少環境污染的目的。

[1] 許昌華杰勘察設計有限公司.G311線許襄快速通道是公路設計圖紙[Z].許昌:許昌華杰勘察設計有限公司,2016.

[2] 秦祿生.法國半剛性基層瀝青路面結構設計方法[M].北京.人民交通出版社，2006.

[3] 義啟貴.水泥穩定碎石基層就地冷再生技術的應用及經濟性研究[J].交通標準化,2011(增刊1):91-95.

[4] 張倩，韋華威，王永兵，等.水泥冷再生灰土實驗研究[J].西安建筑科技大學學報，2012(5)：632-636.

[5] 孫建秀,劉黎萍,孫立軍,等.早強劑對乳化瀝青冷再生混合料早期強度的影響[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2017,41(6):1037-1040.

[6] 付巧云,張學明,李強.瀝青路面大修工程中基層材料再生利用技術的探討[J].交通科技,2006(4):83-85.