水穩基層現場冷再生技術在公路養護工程中的應用研究

鄭 亮,閆文俊,王利鋒,張登峰

(1.內蒙古公路交通投資發展有限公司錫林郭勒分公司，錫林浩特 026000；2.錫林郭勒盟交通運輸局，錫林浩特 026000；3.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室，武漢 430070)

水泥穩定基層現場冷再生是公路養護工程中常用的施工技術，該技術是采用銑刨機將舊路基層進行銑刨、破碎，并與新加骨料、膠結料及水進行二次拌和，形成具有一定級配和強度等路用性能的基層混合料，再通過找平、壓實工藝重新鋪筑成型的整套工藝流程[1]。現場冷再生工藝設備配置要求簡單，與傳統的水穩基層施工相比，具有節約原材料、縮短工期，對交通影響小、節省養護費用等優點，同時循環利用舊料，對保護環境也起到了積極作用，具有良好的經濟、社會和環境效益，適用于各等級公路養護工程[2]。

國道303線錫林浩特至阿巴嘎旗段一級公路全長103.5 km，是錫林浩特西向通往二連浩特市和呼和浩特市的重要通道，原路面結構層為20 cm 5.0%水泥穩定碎石基層+4 cm基質瀝青AM-16瀝青碎石面層，因通車年限較長，通車任務繁重，導致局部路面(特別是長大縱坡路段)出現了不同程度的網狀裂縫、坑槽及車轍病害，路面結構層強度下降嚴重，影響到行車的舒適性和安全性。經路用現狀綜合檢測評定及鉆芯取樣復核，建設單位綜合比選養護方案，決定對沿線破損較為嚴重的路段采用現場冷再生水穩基層方案。將舊路瀝青路面和水泥穩定碎石基層進行全厚度現場冷再生(再生厚度 24 cm)，再噴灑透層及鋪筑4 cm AC-16瀝青混凝土面層。

1 水泥穩定碎石基層現場冷再生配合比設計

再生混合料的配合比設計是水穩基層現場冷再生成敗的關鍵[3]。為了確定再生基層段混合料施工配合比，首先對舊路冷再生深度范圍內進行全厚度試銑刨，再對銑刨料取樣篩分，通過試銑刨工作，一是確定銑刨機的銑刨深度、銑刨粒徑、銑刨速度等工作參數，二是準確掌握銑刨料的顆粒級配情況和舊料理化性能，結合設計級配范圍采用電腦人機對話模式計算多種新舊料摻配比例，通過室內試驗確定每個級配比例下再生混合料試件的力學性能，優選出性能優、經濟效益佳且與現場實際情況相適應的施工配合比。

1.1 銑刨料及新加原材料性能

采用維特根WR2500S冷再生銑刨機，選定20 m路段進行試銑刨，將銑刨料全部收集回收，取樣測試銑刨料的顆粒級配、粗集料密度、吸水率、壓碎值等性能，銑刨料及新加材料性能如下：

1)銑刨料：粗集料表觀相對密度2.716、吸水率1.1%、壓碎值18.5%。

2)水泥：阿巴嘎旗冀東PS32.5礦渣硅酸鹽水泥，初凝時間195 min，終凝時間380 min。

3)新加碎石：錫林浩特當地10～30 mm安山巖碎石，表觀相對密度2.758、吸水率0.6%、壓碎值14.7%、針片狀含量5.1%。

4)水：當地飲用水，pH值7.2。

1.2 級配設計與混合料性能驗證

項目設計冷再生水泥穩定基層最小水泥用量5.0%，7 d無側限抗壓強度≥3.0 MPa，壓實度≥98%。根據銑刨料和新加骨料的顆粒級配進行計算機合成摻配，確定合適的摻配比例，結果如表1所示[4]。

表1 再生混合料級配設計

根據設計文件給定的水泥用量，將新料與銑刨料按照三種比例分別摻配拌和均勻并進行室內標準重擊實，根據擊實結果分別成型無側限抗壓強度試件并進行標準養生，測試試件7 d無側限抗壓強度，三種再生混合料無側限強度結果如表2所示[5,6]。

表2 再生混合料擊實試驗及無側向抗壓強度試驗結果

從表2再生混合料擊實試驗及無側向抗壓強度試驗結果可以看出：

1)三種再生混合料級配在5%水泥用量下，7 d無側限抗壓強度分別為3.9 MPa、4.6 MPa和4.2 MPa，均滿足強度設計要求，在新料摻量為20%時強度最大。

2)隨著新料用量的增加，再生混合料級配逐漸變粗，擊實干密度呈先增加后降低的趨勢，新料摻量在20%時干密度達到最大，施工時可按照20%±3%控制新碎石的用量。

3)根據實驗室標準擊實試驗和無側限抗壓強度結果綜合比選，確定項目再生基層配合比采用5.0%水泥用量，新料與銑刨料質量比為20%：80%。

2 現場再生水穩基層施工工藝及質量控制

2.1 設備配置

再生施工對設備配置要求較高，要保證再生基層的質量，必須控制再生基層混合料級配變異性。一是保證銑刨顆粒均勻，不出現大粒徑團塊的同時，銑刨最大粒徑不超過35 mm；二是確保銑刨料與新加骨料、水泥膠結料與水的拌和均勻性，使新加骨料和舊骨料表面裹附水泥膠漿飽滿，防止離析。因此，根據專家組的指導意見，現場配置了維特根WR2500S冷再生銑刨機1臺、徐工XLZ400路拌機1臺、5 t灑水車2輛、徐工GR165平地機1臺、戴納派克13 t雙鋼輪振動壓路機1臺、徐工22 t單鋼輪振動壓路機 1 臺、徐工XP301輪胎壓路機(30 t)1臺。

2.2 施工材料用量計算

通過現場鉆芯取樣，測得舊路水穩基層+瀝青面層整體芯樣密度平均值為2.236 g/cm3，則再生段24 cm深度內，每平米銑刨料質量與所需新加料質量計算如下：

1 m2舊路基層+面層銑刨料質量為

M1=1.0×0.24×2.236×1 000=536.64 kg

(1)

1 m2再生基層所需新骨料質量

M2=M1/80%×20%=134.16 kg

(2)

1 m2再生基層所需水泥質量為

M3=(M1+M2)/95%×5%=35.30 kg

(3)

2.3 施工工藝

現場冷再生施工流程圖如圖1所示。

1)施工準備：施工前，項目部組織施工技術人員和設備操作手進行技術交底，做到前、后場每個參與人員應知應會，各司其責。測量人員用全站儀進行中線和邊線放樣，用水準儀測量舊路高程，并釘設高程控制樁，前場技術員組織對作業面進行清潔驗收，每個環節分工落實到人。

2)新加材料攤鋪：在準備好的下承層上按照先布碎石再布水泥的順序，分別進行新加碎石和水泥的攤鋪工作(圖2)，按照碎石(135±5)kg/m2和水泥(36±2)kg/m2的標準分別進行撒布施工，新加材料布滿作業面后，檢測人員準確截取1 m2的材料稱重，檢測材料攤鋪質量，要求材料用量滿足試驗設計要求。

3)銑刨與拌和：正式施工時銑刨機配合路拌機聯合施工作業(圖3)，銑刨速度按(5 m±1 m)/min控制，銑刨深度(24±2)cm，一次銑刨長度100～120 m(銑刨機20 min銑刨長度)，一幅銑刨寬度2.0～2.5 m(根據路面凈寬劃分每幅銑刨寬度)。在銑刨機完成兩個幅寬的銑刨量，進行第三個幅寬銑刨時，路拌機開始對銑刨料拌和，在銑刨機和拌和機工作過程中，質檢員隨時檢查銑刨效果和拌和效果，一是觀察再生混合料拌和均勻性，要求新加骨料和舊骨料表面均勻裹附上水泥膠漿；二是檢測混合料含水量，及時調整銑刨加水量和拌和加水量，控制施工含水量在最佳含水量+1%～1.5%。

4)刮平與壓實：當銑刨機與路拌機進行下一路段的施工作業時(每個作業段銑刨與路拌時間總控制在1.0～1.5 h之間)，平地機開始進行快速刮平與找平工作(圖4)。根據設計高程，平地機由一側向另一側逐幅刮平，兩幅之間搭接50～100 cm。測量人員跟蹤觀測找平高程，輔助人員及時修補刮平表面的離析等缺陷，接近設計高程時，振動壓路機開始進行壓實工作(圖5)，初壓采用雙鋼輪壓路機弱振1遍穩壓，復壓采用單鋼輪壓路機強振2遍、弱振2遍、輪胎壓路機壓實2遍，終壓采用雙鋼輪壓路機靜壓2遍收光。

5)施工檢測與養生：壓實完成，采用灌砂法進行壓實度和厚度檢測(圖6)，壓實度按不小于98%控制，壓實度不合格則指揮壓路機進行補壓，合格則根據基層表面干濕狀態及時進行補水和覆蓋養生(圖7)。

2.4 現場冷再生施工注意事項

1)施工時間控制：冷再生工藝必須保證各個施工工序的緊密銜接，使機械設備之間配合緊湊，形成一個流暢的施工循環，每個施工作業段銑刨、拌和、刮平、壓實的時間周期，亦即從銑刨機開始銑刨到壓路機終壓結束的時間必須在水泥初凝前完成。

2)含水量控制：銑刨機、路拌機加水的總用水量應控制為最佳含水量+1.0%～1.5%，還應根據施工當日的氣溫和風力大小來調整。施工期間，與銑刨機和路拌機機連接的水車應滿足施工需求，保證供水的連續性和均勻性，再生混合料拌和應均勻、裹附飽滿、粘聚性良好。出現含水量過大時應及時通過拌和水泥的方式來處理，防止壓實翻漿和軟彈。

3)壓實工藝：施工壓實的順序一般為：穩壓(雙鋼輪弱振1遍)→初壓(單鋼輪弱振1遍)→復壓(單鋼輪強振2遍、弱振2遍)、輪胎壓路機壓實搓揉2遍→終壓(雙鋼輪靜壓2遍收光)。壓實過程中，振動壓路機遵循勻速、慢壓，先起步后起振、先停振后停車的工作模式低速、緩慢進行，禁止壓路機在未完成壓實的路面上急剎車或調頭。

4)接縫處理：分段施工時，兩個施工段落之間的橫向接縫采用搭接壓實，在前一段終點預留 2～3 m不起振，后一段施工時，將此部分一并壓實。分幅施工時，縱向接縫處理時，前半幅施工應多拌和 20～30 cm，后半幅施工時再將此部分重新加水拌和整平壓實。

5)養生與交通管制：每一段終壓完成并經檢查合格后，立即進行灑水覆蓋養生，養生期間應始終保持再生基層表面濕潤。養生到期，將覆蓋物清除干凈并進行取芯檢測，芯樣強度合格方可進行下一步工序施工。再生基層養生期間，應封閉交通，再生層上除灑水車外其他施工機械及社會車輛不得駛入。

3 結 語

水穩基層現場冷再生技術最大限度的利用舊路材料，并將其轉化成有價值的生產資料，減少了開山取石對環境的破壞，既保護了自然資源，又減少運輸車輛排放所造成的污染，降低了工程造價。該技術對交通干擾小，緩解了道路通行壓力，在道路維修養護和建設方面作用巨大。水穩基層現場冷再生技術已在錫林郭勒盟多條重點公路大中修養護工程中得到應用，相比傳統的挖除重修方法，充分利用了原有路面材料，節約了養護成本，與國家大力提倡的“雙碳經濟”理念相吻合，經濟效益和社會效益顯著，市場前景廣闊。