【施工技术】冷再生技术在高速公路改扩建工程中的应用

guoxiongxin 2019-02-07

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作者：郭聪(中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 400700)

如何减少有限的自然资源开采、合理利用废料，解决废料对环境的污染问题，又能降低工程成本，满足交通高速发展的要求，是公路扩建及管养部门在资源综合利用上值得研究的课题^[1]。旧沥青路面结构层再生利用的方法很多，在此笔者仅就潼西高速公路扩建工程镇江段将旧沥青路面结构层废料冷再生用于底基层的施工方法进行探讨。

1 概述

连霍高速公路是我国东西部运输大动脉，西安至潼关高速公路是这条大动脉上重要的组成部分，是我国建设时间较早的高等级公路之一。西安至潼关高速公路建成通车以来，随着沿线经济的不断发展，高速公路的渠化交通和车辆荷载次数的增加，双向4车道的通行能力已越来越不能满足日益增长的交通量要求，工后沉降、道路受水损严重，沥青路面结合料在使用过程中的逐渐脆硬老化及超载超限车辆的增多，使路面结构层出现了车辙、沉陷、坑槽、裂缝、麻面、松散等病害，严重影响了行车速度和安全，道路服务水平明显降低。

西安至潼关高速公路改扩建工程为由4车道“扩容”至8车道。项目路线起于陕豫交界，自东向西途经潼关、华阴、华县、渭南、临潼，止于西安绕城高速公路方家村枢纽立交，公路全长130.09km。其中潼关至华阴段采用设计速度100km/h的双向8车道高速公路标准，整体式路基宽度为41m；华阴至西安段采用设计速度120km/h的双向8车道高速公路标准，整体式路基宽度为42m。

为改善交通现状，西安至潼关高速公路建设指挥部采取“两侧拼接加宽为主、局部分离加宽”的办法，将全线主线由双向4车道扩建为双向8车道。扩建过程中，对一般病害段落进行局部修补，对病害严重的段落进行铣刨翻修，并按设计意图将旧沥青路面结构层铣刨成台阶，以利于新旧路面结构层的拼接。通过合理的配比，经厂拌法将铣刨下来的材料全部冷再生用于新的底基层，解决了资源不足和废料综合利用的问题，对减少废渣占用耕地、减少环境污染、原有路面废旧材料的再生利用具有十分积极的意义。中铁十八局集团公司承建的潼西改扩建六标位于渭南过境段。

2主要机械设备

(1) 铣刨设备：w－2000型铣刨机2台，铣刨宽度1.9~2.1m，铣刨最大深度≥30cm。
(2) 运输设备：ZL-50型装载机1台，18t自卸车翻斗车20辆。
(3) 清扫设备：S160型滑移装载机1台。
(4) 拌和设备：WDB500型水泥稳定矿石拌和机2台。
(5) 摊铺设备：WTU75D型摊铺机2台。
(6) 碾压设备: VSH-150型双钢轮压路机1台，BW-225型单钢轮振动压路机1台，XSM-220型单钢轮振动压路机1台，YL-16/20型胶轮压路机1台。
(7) 养护设备：洒水车1台。

3冷再生水泥稳定料的反应机理

潼西高速公路扩建工程的厂拌法冷再生施工，就是在自然环境温度下，将旧的沥青路面材料（沥青混凝土路面的上、中、下面层，二灰碎石基层，少量的二灰土底基层料）分层冷铣刨，分别运到拌和场内，并按材料的原有结构层次存放。这些结构层经过铣刨机的铣刨，破坏了原有的板块状态，在以水泥为稳定剂，掺加适量水的条件下，将各种铣刨材料按一定比例经机械充分拌合后，使水泥、二灰、土和水之间发生了一系列物理、化学或物理—化学反应，从而改变混合料的性能，形成再生混合料，经过现场摊铺、碾压成型、养护后，形成新的路面结构层。潼西高速公路扩建工程在新旧路面拼接中使用了冷再生施工工艺，就是将旧的路面结构层材料冷再生用于新的路面底基层^[2，3]。

4路况调查

拼接前先由业主、施工、监理单位组成路面病害联合调查小组，对全线路面进行调查。施工单位根据路面损坏情况，按病害发生的起讫点桩号、行车道位置、病害性质填写“路面病害调查表”，整理后上报“路面病害拟修补方案审批表”，由业主、施工、监理单位及有关专家组成专家组进行分类诊断，下达《路面施工指导意见》，以便翻修。在翻修过程中，对病害严重的地段、新旧路面结构层设计拼接缝位置按要求进行铣刨，并在铣刨过程中逐层检查，认真填写“新发现病害情况记录表”，以便确定下一层的处治方案。病害统计情况简述如下:

(1) 路面横向裂缝严重，间隔在5~12m左右，大部分有唧浆现象；存在包括松散、网裂、横向裂缝、沉陷、车辙、泛油、拥包、修补处新旧沥青结构层分离、修补后损坏等病害。

(2) 沥青结构层铣刨完毕发现：基层厚度不足，设计厚度为20cm，现场调查的基层厚度基本在18cm以下，最薄处只有10cm，而且厚薄不均；基层松散连续长度0.2~4.0m，局部松散严重；基层存在“两层分离”现象、纵向裂缝严重，有的呈树冠状，向内侧延伸至超车道；有的基层中夹有泥层或泥土块。

在进行路面病害调查时，对路面结构层破坏不太严重或较难判断其下层是否受损的部位进行钻芯取样，取芯至基层顶面，根据样品受损程度，决定路面结构层的处治方案。

5铣刨原则

(1) 铣刨作业原则。
根据病害调查结果，对病害地段进行铣刨。结合设计尺寸将旧路面结构层铣刨形成拼接台阶，在铣刨过程中严禁漏刨、超铣刨。当超车道面层全部松散、行车道有裂缝时，则对行车道结构层进行逐层铣刨，每铣刨一层，应利用S160型滑移装载机在人工配合下对结构层面进行清扫、人工配合森林灭火机吹净，由质检工程师与监理工程师对其层面进行检查，必要时报请业主等有关负责人参加，以便确定是否对该结构层进行翻修处理。

原则上，旧沥青结构层、二灰碎石基层、底基层各层之间的拼接台阶按设计尺寸分层铣刨，以保证拼接位置的正确性；旧沥青路面非设计拼接缝位置的第一次铣刨厚度按病害调查和原结构层厚度控制；中下面层铣刨后，垂直切缝拼接；为满足桥头沥青层厚度的要求，桥头过渡段由伸缩缝外边线向路基方向40cm开始铣刨，基层铣刨厚度变化从0~4cm；原桥面沥青铺装层全部铣刨或由人工配合风镐凿除；底基层第一次铣刨深度由新拼接的基层底面标高和新基层厚度不小于36cm双向指标控制；新旧路基结合部位置的底基层要进行二次铣刨，二次铣刨的深度由新路床顶面标高控制，以便于进行新旧路基结合部4m范围内的路床加固。

对有裂缝、松散和厚度不足、局部有泥土层的基层，铣刨到底基层；基层严重松散路段，直接铣刨到底基层。不同材料不得混铣混装，铣刨材料运到再生加工场也必须分类存放^[4，5]。路面废料冷再生利用工艺流程如图1所示。

(2) 铣刨作业注意事项。
对无法铣刨的边角料、二次切缝处的大块旧料要单独装运，由人工打成小块后，采取人工凿除、分类运至拌和场再增加破碎机预处理的方法，将其破碎成粒径小于5cm的料回收利用，以满足使用要求。为防止铣刨材料结块，在铣刨时可适当加大用水量，但铣刨机在施工作业中加水时不得泄漏，以防止水渗入保留的路面结构层中，影响路面的使用质量。铣刨过程中要加强安全施工组织，防止施工车辆行驶时对新旧路面结构层的拼接台阶或修补范围内新旧路面结合处的碾压，以免发生啃边现象，影响新旧结构层的拼接效果。对于有夹泥的基层，铣刨前后应将泥块剔除，以免影响成品质量。

6配合比设计

6.1 基本材料
水泥：32.5级的早强缓凝硅酸盐水泥，要求安定性满足要求，使用温度＜50℃。初凝时间为3h20min，终凝时间为6h35min，其它技术指标符合规范要求。铣刨材料：最大粒径＜50mm，不结块，拌和时含水量≤3%。石屑：最大粒径≤4.75mm，0.075筛分通过量≤8%，塑性指数≤7。水：一般生活用水。

6.2 配合比试验
按《潼西高速公路扩建工路面施工指导意见(试行)》要求，对路面旧料取样并进行常规化验分析。按照旧料全部利用的原则，在水泥用量不大于2%、旧的铣刨材料满足配合比要求的前提下，将旧路面层的沥青铣刨材料与基层二灰碎石铣刨材料各按50%、掺2%的水泥，含水量控制在±2%以内进行配比，要求混合料7天无侧限抗压强度不小于1.0MPa。通过击实试验得出最佳含水量为8.3%，最大干密度为2.03g/cm3，然后进行7天无侧限抗压实验。试验结果分别见表1、表2。

由于旧路面结构层的损坏程度不一，铣刨材料不能满足底基层用料，因此在施工中根据旧路的面层、基层、底基层铣刨材料的数量适当调整配合比，引进了4.75mm以下的混合石屑掺2%的水泥与原铣刨材料配制生成新的底基层混合料，将含水量控制在最佳含水量±2%以内。按随机取样进行液塑限联合试验，得出液限WL=18.8，塑限WF=16.8，塑性指数IP=2.0，通过配合比设计。试验结果详见表3、表4。

7施工方法

7.1 测量放样及准备工作
根据现场实际情况，结合设计图纸和扩建工程指挥部下发的《路面施工指导意见》和施工图，确定路面病害的铣刨范围和新旧路面各层次的拼接缝位置，放出各结构层拼接台阶的铣刨边线。

再生料的摊铺作业拼接前的准备工作如下：
(1) 路基外型检查：包括路线偏位、宽度、横坡度、平整度的检查。
(2) 路基强度检查：压实检查用12~15t三轮压机，对检查段落进行表层复压，出现松散、起皮要洒水润湿后压实；出现弹簧要换填8%的灰土，重复碾压工序至密实达到96%的压实度为止^[6]。
(3) 路基沉降检查：根据沉降观测数据分析，原则上施工段落连续2个月平均沉降速率＜3mm/每月，才允许铺筑底基层。
(4) 路基弯沉检查：用BZZ-100标准车以规定的频率检查路基表明弹弯沉，按检测时的环境条件推算弯沉代表值(保证率97.7%)，要求不大于设计弯沉值。
(5) 做好试验路段，总结出最佳松铺系数施工工艺，以便指导下一步的施工。

根据施工段落底基层的宽度、厚度及预定的干密度，计算好施工混合料的用量。混合料生成后要及时运到工地。为防止混合料抛洒，造成环境污染和水份散失，运输过程中，要用军用帆布覆盖车箱，尽量走施工便道，由开口于拼宽路堤旁的“马道”拐上高速公路施工区^[7]。

7.2 铣刨料的存放与拌和
铣刨材料运到拌和场要分类存放，堆放高度不得超过2m。铣刨入仓前要利用破碎装置将大于5cm的料破碎，每天拌和工作结束后应将料仓放空，以免产生结块现象。采用2台WBC－500型连续式稳定土拌和设备进行拌和。拌和时，要严格按照当日生产通知单的配合比拌料，根据天气、气温变化情况调整含水量，将含水量控制在最佳含水量±2%范围内，以免混合料过干影响压实效果或含水量过大引起碾压时发生推移、弹簧现象。调整好混合料的级配、水泥剂量，并做好相关的抽检试验。

7.3 底基层的摊铺、养护与检验标准
为保证拼接质量，对拼接台阶啃边的问题要认真处理。摊铺前，在预留部分宽度上，对台阶边进行二次切除，保证线型顺直，利于拼接。要合理安排施工段落，形成流水作业，特别是在确保高速公路安全畅通的条件下从事扩建工程，施工段落不宜一次拉得太长，一般以高速公路中央分隔带3~4个自然开口段为处理段落为宜^[8]。

新旧路基结合部路床加固完毕，就可进行底基层摊铺工作。底基层摊铺时，采用2台摊铺机进行梯队作业，每台摊铺机摊铺宽度为5.1m。为了保证底基层的碾压质量和防止底基层边角干燥松散，靠路基边坡旁的Ⅰ号摊铺机比设计宽度超摊铺70cm(见图2)。前后摊铺机相距5~8m，前进速度为1.1~1.2m/min，新底基层的拼接缝部位熨平板重叠10~15cm。

如图2所示，Ⅰ号摊铺机外侧走钢丝，内侧走移动铝合金梁以控制纵向顶面标高，横向坡度由横坡仪控制；Ⅱ号摊铺机的一侧以Ⅰ号摊铺机已摊铺成型的底基层面为准，另一侧以旧的底基层铣刨台阶为内侧标高控制基准面，用长度不小于1.0m的雪橇控制标高。施工时，要科学控制摊铺高程和松铺系数，保证摊铺平整度，要特别注意2台摊铺机结合部、新旧底基层结合部位的搭接。为了保证底基层外边缘的压实度，摊铺时宜超宽10cm，施工时应保持混合料的饱满，不可欠缺。

为保证碾压达到预期目的，对机械设备要进行有效组合，根据生产能力确定合理的工作面长度，使路面结构层铣刨、拌和场拌和、混合料运输、底基层施工、养护、开放交通等工作程序化。尽量避免拌和场内积压过多的铣刨材料，做好原材料、混合料、运输、现场施工4个环节的质量控制。

施工单位要加强施工现场的动态管理，随时掌握现场施工、交通、供料、安全等情况。在含水量等于或大于最佳含水量1%时可进行碾压，碾压时按照先稳压后重压、大半径曲线路段及直线段应先外后内、有超高的段落应先内后外进行碾压，要特别注意2台摊铺机结合部、新旧底基层结合部位、底基层外边缘的碾压，碾压完毕应在路肩部位的底基层外缘培土以利养护^[9]。

再生混合料施工中要控制的关键节点是水泥的初凝时间，因此，施工延迟时间（加水搅拌到碾压结束的时间）必须严格控制在水泥的初凝时间内，否则再生料不得使用。由于所使用的水泥初凝时间为3h20min，实际施工时控制的施工延迟时间就不得超过3ｈ。摊铺和碾压过程中要特别注意新旧底基层结合部位的处理，同时要加强底基层周边的防护，防止干燥松散。施工机械组合为：在作业长度为30~50m范围内，以1.5~1.8km/h的碾压速度，VSH-150型双钢轮压路机静压1遍；BW-225型单钢轮压路机、XSM-220型单钢轮压路机各振压2遍；最后用YL-16/20型胶轮压路机终压1遍。

在分段半幅通车、半幅封闭施工情况下，一个段落宜连续施工，如因天气变化或配合高速公路交通管制，必须中断施工，则应设置横向施工缝，下一次施工时，宜用切割机将接头切齐，新料摊铺时要特别注意结合部的碾压，以保证底基层的压实度。碾压完毕，应采用土工布洒水覆盖，由专人负责养生等工作，每一段落应养护不少于7天并应进行跟踪检测，检验标准参考交通部JTJ034-2000《公路路面基层施工技术规范》的部分要求^[10]。

8交通组织

施工期间，要认真做好施工现场的安全防护和交通组织，在施工段落的起讫点设置安全交通岗，24h指挥交通，安全巡逻车昼夜巡查，加强对验收合格段落的底基层保护，加强路面施工的车辆管理及安全教育工作，合理合法设置各种安全警告标志、标牌。

9结语

(1) 保护环境、综合利用有限的资源，减少对自然资源的无节制开采，在旧路改扩建中获得可观经济效益的同时，能产生较大的社会综合效益，对环境保护和可持续发展具有很大的促进作用，是一项行之有效的举措。

(2) 有待探讨沥青铣刨料中的沥青与二灰、水泥、水互相作用而形成强度的机理；总结受旧料中的二灰含量不稳定因素的影响，造成采用EDTA滴定法检测新的底基层混合料中水泥剂量不够准确的问题。

(3) 虽然潼西高速公路扩建工程项目施工中将旧路面的结构材料再生用于新的底基层，在强度方面完全能满足底基层的使用要求，节省了原材料，但由于受工期、施工工艺、施工设备等多种因素的制约，只能说是在一定程度上解决了减少资源重复开采、防止扩建工程造成环境污染等问题，对于旧路面结构层的综合利用来说，并不是唯一的途径。

我们应该在启动类似的扩建工程时，尽量增大旧料再生利用上的人力、物力、财力等方面的投入，最大限度地将旧沥青路面结构层分类再生为新的沥青结构层，而将旧的基层、底基层再生于新的基层或底基层，或者采用高分子合成材料与路面结构层组合成新的复合路面结构，以减少旧路面结构层的铣刨量，提高施工工艺的含金量，进一步降低工程成本，将废旧资源综合利用的工作做得更好。