（道路与铁道工程专业论文）沥青路面现场冷再生技术在G108线大修中的应用研究.pdf

摘要 沥青路面冷再生技术是指将旧沥青路面材料经铣i i i i 工后进行重复利用，并 根据再生后结构层的结构特征，适当加入部分新骨料或细集料，按比例加入一定 量的外掺剂和适量的水，在自然环境下连续完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、 摊铺及压实成型，重新形成结构层的一种工艺方法。 本文在国内外已有研究成果的基础上，根据国内普遍采用半刚性基层沥青路 面这一结构特点，研究利用水泥为稳定剂的旧沥青路面的现场冷再生技术。提出 了冷再生混合料的配合比设计方法；深入研究了旧沥青路面材料再生后的无侧限 抗压强度、劈裂强度和抗压回弹模量等主要力学指标，分析了其强度随水泥用量、 养生龄期和试验温度的变化规律，并建立了各指标之间的相互联系；对再生馄合 料的稳定性能( 水稳性和冻稳性) 、抗冲刷性能和抗收缩性能开展了研究，并与规 范推荐级配的水泥稳定碎石的路用性能进行了对比分析，综合评价了再生混合料 的路用性能。此外，本文还研究了冷再生技术的施工工艺以及质量控制与检测， 并将再生的混合料应用于路面基层，实践表明其满足相应的路用性能要求。 本文还结合实体工程对旧沥青路面冷再生技术进行了技术经济比较，研究结 果表明，就地冷再生技术是一项切实可行、有广阔发展前景的技术，尤其适用十 缺乏砂石材料的地区和道路的大中修改建。 关键词：旧沥青路面、冷再生、水泥、基层、施工工艺、效益 a b s t r a c t o l di n p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g yo fa s p h a l tp a v e m e n tt e c h n i q u et h a tr e p e a t e d u s i n gt h eo l da s p h a l tm a t e r i a lo ft h er o a dw i l lan e wk i n do fs u r f a c e ，a c c o r d i n gt ot h e s t r u c t u r a lf e a t u r eo f r e c y c l i n g s t r u c t u r a l l a y e rp r o p e r l yj o i n i n gp a r t i a l n e wa g g r e g a t i o no rf i n ea g g r e g a t ea n dp o u r i n gi n t ot h ep r o p e rw a t e ra n ds t a b l e a d d i t i o n a lt h i n g s ，u n d e rn a t u r a le n v i r o n m e n t c o m p l e t i n gas e r i e so fp r o c e s s i n g t e c h n o l o g yo ft h em a t e r i a la n df o r m i n gas t r u c t u r a ll a y e ra g a i n b a s e do nt h er e s e a r c hr e s u l t sf r o mh o m ea n da b r o a d ，a n dt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e w i d e l y - a d o p t e ds e m i - r i g i dp a v e m e n t ，t h et h e s i ss t u d i e st h ec o l di n - p l a c er e c y c l i n g t e c h n o l o g ys t a b i l i z e db yc e m e n t a n dt h et h e s i sp r o p o s e st h em e t h o do ft h em i x t u r e d e s i g no fc o l di n p l a c er e c y c l i n g t h ep r i m a r ym e c h a n i c a li n d e x e so ft h er e c y c l e d m i x t u r ea r e t e s t e d ，i n c l u d i n gt h eu n c o n f i n e dc o m p r e s s i v es t r e n g t h ，t h ec l e a v a g e s t r e n g t ha n dt h er e s i l i e n tm o d u l u s t h ec h a n g i n gl a wo ft h e s ei n d e x e sr e l a t e dt ot h e c e m e n tc o n t e n t ，t h ea g e d p e r i o da n dt h e t e s t i n gt e m p e r a t u r ei se x p l o r e da n dt h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n d e x e si se s t a b l i s h e d t h ep a v e m e n tb e h a v i o ra n dp e r f o r m a n c e o fd e s i g n e dm i x t u r ei ss t u d i e da n dc o n t r a s t e d 、析t ht h em i x t u r ew h i c hi sr e c o m m e n d e d b yt h et e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sf o rc o n s t r u c t i o no fh i g h w a yr o a d b a s e s ，i n c l u d i n g m e c h a n i c a l p e r f o r m a n c e ，s t a b l e n e s s ， a n t i b r u s h i n gp e r f o r m a n c e ，t h e a n t i c r a c kp e r f o r m a n c ea n df a t i g u ep e r f o r m a n c e m o r e o v e r ，t h et h e s i sd e l v e so nt h e c o n s t r u c t i o nc r a f ta n dq u a l i t yc o n t r o lo ft h ec o l di n - p l a c er e c y c l i n gt e c h n o l o g y t h e r e c y c l e dm i x t u r ei sa p p l i e dt ot h eb a s ea n dt h i si sp r o v e nt om e e tt h er e q u i r e m e n t so f p a v e m e n tp e r f o r m a n c e t h et h e s i sa l s od r a w sac o m p a r i s o nb e t w e e nc o l di n - p l a c e r e c y c l i n ga n d r e b u i l d i n g a n dt h e r e s u l t ss h o wt h a tt h e i n p l a c e c o l d r e c y c l i n gi s av i a b l e t e c h n o l o g y ，h a sb r o a dd e v e l o p m e n tp r o s p e c t s ，e s p e c i a l l y i nt h e a r e a sw h e r e l a c ko fs t a n ds t o n ef o rr e c o n s t r u c t i o na n d l a r g e a n dm e d i u m s i z e d m a i n t e n a n c e k e yw o r d s ：o l da s p h a l tp a v e m e n t ，c o l dr e c y c l i n g ，c e m e n t ，c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y , e f f i c i e n c y 长安大学坝 j 学位论文 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 研究背景 自上世纪八十年代开始，我国公路交通建设进入了大发展的阶段，经过多年的建 设，取得了显著成绩。截止2 0 0 8 年底，我国公路总里程达到了3 7 0 多万公里，其中高 速公路、一级公路公路7 万多公里，二级及二级以下公路3 0 0 多万公里。在我国已经 建成的高级和次高级路面中，沥青路面的数量占了很大的比重。按照这些沥青路面的 设计寿命( 8 1 5 年) 和实际使用情况，从现在起，每年约有1 2 的沥青路面需要翻 修吼 作为国家的基础设施，公路，特别是二级及二级以下的低等级公路在国家的经济 建设中同样起到举足轻重的地位。随着公路里程的增加，公路的养护、维修工作也随 之增加。目前，我国二级及二级以下公路主要以沥青路面为主。部分公路在大交通量 和超载的作用下，过早发生了破坏，急需增加维护投入以保持其应有的通行能力【2 1 。 低等级沥青路面在建设中使用材料以及施工质量的控制低于与高等级公路且路面 沥青面层厚度往往小于高等级公路。不同的是，二级公路上交通状况复杂，的破坏形 式较多根据破坏以往这些公路的维修方式主要包括：罩面、加铺。与新建公路不同， 维修工程中大多是在不中断交通的情况下进行的，最大程度地缩短维修时间、在施工 中最大程度地减少对正常交通所得干扰是困扰公路管理人员及施工技术人员的主要问 题之一。此外，为了保护环境，很多地方对石料的开采逐步进行了严格地限制，用于 公路建设的优质石料也越来越少，石料的价格也随之增加很多，由此会引起工程造价 的增加。采用高效，费用较少的维修方法和施工工艺是目前急需解决的问题。 旧路现场再生利用是近些年出现的旧路维修方法，它采用专用机械设备，能够将 路表一下一定深度内的路面结构铣刨、打碎并直接加入一定剂量的稳定剂，现场经设 备拌合后路面冷再生技术的分类很多，按旧路面的结构性质可分为沥青路面再生和水 泥混凝土路面再生两类；按再生形成路面结构的不同层位可分为再生面层、再生基层 和再生底基层( 或垫层) ；按再生的工艺可分为热再生和冷再生技术两类；按拌和地点可 分为现场再生和厂拌再生。 沥青路面现场冷再生技术就是将旧沥青路面材料( 包括沥青面层材料和部分基层 材料) ，经铣刨加工后进行重复利用，并根据再生后结构层的结构特征，适当加入部分 新骨料或细集料，按比例加入一定量的外掺剂( 如水泥、石灰、粉煤灰、泡沫沥青或乳 化沥青) 和适量的水，在自然环境下连续完成材料的铣刨、破碎、添加、拌和、摊铺及 1 第一章绪论 压实成型，重新形成结构层的一种工艺方法。可见这种施工技术，不仅能够利用旧路 面的废弃材料而节省了筑路材料，还解决了废弃材料对空间的占用及对环境的污染， 同时这种现场冷再生技术还具有简化施工工序、节约工期等优点。目前，“工业废料与 再生技术的应用”已经列为我国“公路水路交通十一五科技发展规划”重点研发方向。 1 3 j 沥青混凝土旧路现场冷再生基层( 底基层) 成本费主要为机械费用和添加剂费用，人工 费与其他基层的施工基本相同。现场冷再生工艺与其它半刚性基层材料相比，节省了 的费用包括：旧路面铣刨及外运费用，基层( 底基层) 的原材料费用，原材料的运输费用， 缩短施工周期的费用。目前由于冷再生机械较少，台班费较高，将来大面积施工时， 冷再生机械的台班费肯定会降低，冷再生基层( 底基层) 的造价还会降低，可节约的资 金会更多。由于充分利用了旧路的材料，解决了以往废料处理对环境的污染，减少了 由于生产新石料开山采石对环境的破坏，具有极大的社会效益。可以将其称为“绿色交 通技术”。 虽然国外对沥青路面的冷再生技术的研究与应用有着较长的历史，但国外旧路面 的基层均为砾石结构，由此形成了由旧沥青破碎料加砾石料或是完全由破碎旧沥青面 层材料和外掺胶法剂的半刚性材料。近几年来，一些省市也在应用，施工工艺在逐步 趋于完善，但对我省公路系统的建设、设计、施工、监理单位的工程技术人员来讲却 较陌生，这一技术仅在我省一两年的公路人中修一程中有一些尝试性的应用。目前的 应用只是在摸索阶段，均尚未形成完整的设计方法、施工工艺和质量控制标准。 此外，我国面临的冷再生旧路面，大多是6 0 - - - 7 0 年代修建的以灰土为半刚性基层， 冷再生材料是由旧沥青面层及破碎的灰土构成，因此，目前我国的冷再生技术，由于 冷再生结构体的不同，使得无论是冷再生工艺上，冷再生结构的路用性能上，及其冷 再生结构应在路面结构层中的部位上都需进行更深入的研究。 本研究结合陕西省渭南地区g 1 0 8 线二级公路大修工程开展研究。 1 2 国内外研究及应用性现状 1 2 1 国外再生技术现状 在上世纪5 0 年代中期，西方发达国家从第二次世界大战后虚弱的经济状态中恢复 过来，进入了经济持续增长和社会现代化时期。社会运输需求的总量增长，需求结构 和需求形式也有所变化。公路运输需求不断增多，而铁路运输需求下降。此后的近3 0 年里，发达国家对公路建设不断投入巨资，随着国民收入水平持续提高，发达国家私 人小汽车拥有量不断上升，汽车成为主要的交通工具。主要发达国家都存在着公路通 2 长安人学坝l j 学位论文 过能力落后于交通量需要的问题。建造普通公路无法大幅度提高汽车运输的时效性矛 口可靠性，而高速公路全立交、全部控制出入、能使通行能力和运输速度大幅提高， 且安全可靠性好，能全天候运行。 随着时间的推移，大量的道路进入大修阶段，大量路面材料需要处置，传统的方 法是将旧路面挖除重修，这不仅需要大量资金，而且会产生大量废料造成环境问题。 沥青路面再生利用，能够节省大量的沥青和砂石材料，形成可持续发展的良性循环， 这对于我们这样一个人口众多，自然资源相对短缺的国家来说具有重要的意义。且每 年可节省的材料费将相当可观，具有显著的经济效益和社会效益。 冷再生机制作路基稳定土层不需挖除旧沥青路面，只需用手工先将粉剂水泥按设 计厚稳定土层体积重量的4 均匀散布在旧路面上，再由w r 2 5 0 0 机器按2 0 c m 深度切 削予铺水泥的旧路面，同时和前方水罐车中流出的水一起喷洒在机器拌和仓内，进行 一次性移动破碎搅拌均匀后形成再生层。再生层经过重型振动式压路机碾压和平地机 整平，最后用1 8 - - 一2 1 t 钢轮压路机碾压一遍即可完成路基稳定土再生层。再生机完成 路基稳定土再生层经压实作业后( 最长4 8 小时) ，在做罩面之前路面即可开放交通。 废旧沥青路面材料再生利用的试验研究，最早是1 9 1 5 年在美国开始进行的，但对 这项技术没有引起足够的重视，早期进展缓慢。1 9 7 3 年石油危机爆发，燃油供应困难， 又由于严格的环保法律，导致建设资金减少、筑路材料不足。废旧沥青路面材料再生 利用又引起人们的重视，作为解决上述问题和困难的重要对策。1 9 7 4 年美国重新开始 研究这项技术，并且迅速在全国推广应用。根据美国联邦公路管理局统计，到1 9 9 5 年2 5 个州再生沥青混合料的用量就达到近2 亿吨，接近全部路用沥青混合料的5 0 。 由于废旧沥青路面材料的再生利用的广阔前景，美国联邦公路管理局、美国交通运输 研究委员会、美国材料与试验协会等部门的大力协助此研究工作，有力地推动了该项 研究工作的进展和交流。1 9 8 1 年美国交通运输研究委员会制定了路面废料再生指 南，同年美国沥青协会推出了沥青路面热拌再生技术手册，1 9 8 3 年又出版了沥 青路面冷拌再生技术手册。这表明美国的沥青路面再生技术已经达到了相当成熟的地 步。1 9 8 0 年美国使用了约5 0 0 0 万吨旧沥青混合料，节约投资达3 9 5 亿美元 4 1 。 日本从1 9 7 6 年开始进行沥青路面再生技术的研究，到1 9 8 0 年其路面废料总产量 约为2 6 0 万吨，厂拌再生的热拌沥青混合料累计已达5 0 万吨，路面废料再生利用的数 量超过5 0 15 1 。1 9 8 4 年，日本道路协会出版了路面废料再生利用技术指南，并且就 有关厂拌再生技术编制成了手册1 6 j i 。 第一章绪论 欧洲一些国家对沥青路面再生技术的研究历程。2 0 世纪7 0 年代中期，德国、荷 兰和芬兰等国家相继进行了小规模的试验研究。其中，德国沥青路面再生技术研究的 发展速度较快，居欧洲首位，并率先将厂拌再生技术应用于高速公路的路面养护，到 1 9 7 8 年已经将全部废旧沥青路面材料进行再生利用。法国对沥青路面再生技术的研究 也颇为重视，现在几乎所有的城镇都会收集和储存废旧路面材料。过去再生材料主要 用于轻交通量道路的面层和基层，近来在高速公路和一些重交通道路的修复工程中也 开始逐步推广应用路面材料再生技术 8 】。 西班牙i i 号国道卡托兰那公路是年欧洲最大的沥青路面现场冷再生工程，是连接 巴塞罗那和马德里外围海滨区的主干道之一，因为部分路段的行车道结构无法适应每 天1 0 0 0 0 辆交通量的需要( 包括大约7 0 0 0 辆货车) ，导致沥青路面表面层开裂并产生 横向位移，影响了交通安剑9 1 。在西班牙公路局的主持下，s o f i g u es a a g 建筑公司使 用w i a g e n 路面冷再生设备，采用路面冷再生技术进行了修复，最后形成了2 2 c m 厚的 水泥稳定类冷再生基层，罩面层为8 c m 厚的沥青混凝土，再生行车道总面积达 3 2 5 0 0 0 m 2 ，每天可以完成工作量1 0 0 0 0 ，- - - 1 1 0 0 0 m 2 前苏联在1 9 6 6 年就出版了沥青混凝土废料再生利用技术的建议，但实际应用 甚少，1 9 7 9 年出版了旧沥青混凝土再生混合料技术准则，提出了适用于各种条件 下的沥青路面材料再生利用方法，1 9 8 4 年又出版了再生路用沥青混凝土一书，该 书详细地阐述了路拌再生和厂拌再生的方法【1 0 1 。 2 0 0 3 年9 月，美国加利福尼亚州洛杉矶市公共工程部街道维护局，对著名的m o u n t l e e 车道采用维特根w r2 5 0 0 s 型冷再生机进行了泡沫沥青现场冷再生，该工程长约 2 3 0 0 m ，起于m o u n tl e e 车道的进口，止于交通中心的安全门，再生深度1 5 c m ，并对 再生层进行了稀浆封层处理。、 可以看出，发达国家废旧沥青路面材料的冷再生技术已经相当成熟，而且其适用 范围也相当广泛，并且能够制造出配套沥青路面的翻松和破碎机械，具有就地破碎沥 青路面材料进行现场冷再生的条件。 1 2 2 国内再生技术现状 早在2 0 世纪7 0 年代，我国的一些基层养路部门就已经自发地开始进行废旧渣油 路面材料热再生利用的尝试。山西省和湖北省的公路部门曾经通过在旧渣油路面材料 中加入新沥青和新集料，经过重新加热拌和后铺筑路面。国家“七五”和“八五科 技攻关对沥青路面的热再生机理、热再生设计方法和热再生施工工艺实用技术进行了 4 k 安人学硕f ：学位论文 比较系统的研究。研究从化学、热力学和沥青流变学的原理出发，研究沥青老化过程 中流变行为的变化规律，还研究了再生剂的作用和再生剂的质量技术指标，此外对热 再生沥青混合料的物理和力学性能也进行了系统的评价性试验研究。通过理论和试验 研究，对沥青路面热再生技术的本质有了一定的认识，探明了沥青路面热再生的方法， 并初步建立起沥青路面热再生的设计方法【1 1 】。 我国江苏和湖南等省早期研究乳化沥青冷拌用于再生废旧渣油路面材料，但仅局 限于小范围的室内试验和少量的试验路【1 2 】对于采用水泥添加剂冷再生废旧沥青路面材 料则缺乏研究。1 9 9 8 年1 0 月邯郸市交通局引进了具有世界先进水平的再生机一德国 维特根公司的w r 2 5 0 0 ，用现场再生技术对河北省境内的一段路进行了改造完成了 “冷再生技术在公路工程中的应用研究”，对掺加不同剂量水泥、石灰等稳定剂、发泡 沥青、的冷再生混合料的路用性能进行了研究分析。 近年来，河北工业大学、长安大学、哈尔滨工业大学等高校科研机构结合相关实 际工程项目，通过室内试验，分别冷再生技术进行了较系统地分析研究，其中河北工 业大学的“冷再生技术的研究及应用”通过室内试验方法阐述了冷再生技术的反应机 理，不同添加剂的种类和剂量对性能的影响，得出了的再生材料级配范围、抗压强度、 抗压回弹模量、劈裂强度等主要设计参数值，同时总结了冷再生基层、底基层的质量 检测和评价标准 长安大学对水泥稳定冷再生混合料的抗冻性、抗收缩性能及抗冲刷性能进行研究： 哈尔滨工业大学交通学院还通过试验对温度变化对水泥稳定冷再生混合料的影响，冷 再生混合料的抗冻性、水稳定性及疲劳性能进行了研究。同时，我国各地公路管理养 护部门近年来引进了多台冷再生设备，并对我国道路的冷再生施工进行了尝试，积累 了大量的工程经验。如2 0 0 4 年7 月和9 月，我国辽宁省鞍山市和营口市分别采用了维 特根公司生产的w r 2 2 0 0c r 和w r2 5 0 0 s 型冷再生机对当地的道路进行了泡沫沥青、 乳化沥青及水泥现场冷再生；2 0 0 6 年7 月，吉林省长春市对黑大公路采用维特根w r 2 5 0 0 s 型冷再生机进行水泥稳定现场冷再生工程。 随着公路建设慢慢步出高峰期，随之而来的必定是养护和改建的高潮期，在这一 时期，废旧路面材料的再生利用是要解决的主要问题之一，一些发达国家的实践已经 证实了这一点。废旧沥青混合料是路面废料中的一种，其再生利用技术在发达国家已 经受到了普遍的重视，被纳入了可持续发展的范畴，并得到广泛的应用。 与发达国家相比，我国的沥青路面冷再生现状，无论从再生利用方式、材料性能 第一章绪论 的研究到实用施工技术均处于起步阶段，尚未形成完整的设计方法、施工工艺和质量 控制标准。 1 3 研究方案 本研究的重点是将路面铣刨料经过冷再生后用于路面基层，具体研究大纲如下： 1 3 1 原材料性质 路面铣刨料不同于新材料，其中主要包含旧集料以及旧结合料，根据铣刨的层位 和铣刨深度，铣刨料可能是同一结构层的材料或者是不同结构层的混合材料。路面材 料作为再生混合料中的主要材料其性质对混合料的整体性能有较大影响。本部分内容 包括： 1 ) 铣刨料的组成成分。 2 ) 铣刨料的颗粒组成。 3 ) 铣刨料的力学性质。 1 3 3 旧沥青路面材料再生利用技术研究 采用基础理论和实验结合的方法来研究稳定冷再生材料各组份对材料性能的影 响，从而得到旧沥青路面材料再生利用技术。包括以下内容： 1 ) 水泥稳定旧沥青路面材料再生后强度形成机理研究： 2 ) 最佳水泥用量的确定； 3 ) 水泥稳定旧沥青路面材料级配的确定； 4 ) 水泥稳定旧沥青路面材料的强度特性和路用性能研究。 水泥稳定再生混合料基层的路用性能受到多方面因素的影响，本研究主要考虑的 路用性能包括：抗压强度、抗压回弹模量、抗折强度、收缩特性以及抗冲刷性能。 1 3 3 路面冷再生混合料基层施工工艺研究 路面材料冷再生需要专门的大型设备以及配套设备，施工工艺相对复杂一些，在 施工中有很多因素将会影响再生混合料基层的质量。本部分研究主要包括： 1 ) 再生机的原理研究 2 ) 再生机施工工艺控制。 3 ) 水泥稳定冷再生混合料基层压实机械的选择与组合。 4 ) 施工质量控制 5 ) 水泥稳定混合料基层养生方法。 1 3 4 冷再生混合料基层路用性能检测与评估 6 长安人学硕1 j 学位论文 本部分研究将铺筑水泥稳定再生混合料基层试验段，并通过现场检测评价路面冷 再生材料是否能够满足规范中对基层材料的要求。开展的工作包括： 1 ) 钻芯取样，观察材料内部的密室程度以及各种材料的均匀性。 2 ) 平整度。 3 ) 测量基层表面弯沉，评价其承载能力。 1 3 5 冷再生混合料基层经济效益分析 采用路面铣刨料进行冷再生铺筑基层在初期投资方面具有良好的经济性，这些不 仅体现在新原材料用量的节约、材料运输费用的节约、摊铺设备以及拌和设备的省略， 而且体现在对加快了工程进度减少对正常交通运输的干扰，和环境保护方面的本部分 内容将对此进行细致的分析。 第二章原路面状况及i f 生方案 第二章原路面状况及再生方案 2 1 依托工程概况及病害原因分析 国道g 1 0 8 线起于北京，止于云南昆明，本项目依托工程为国道g 1 0 8 线陕西境内 k 1 0 9 3 + 9 6 1 k1 1 1 5 + 0 0 0 、k 1 1 1 9 + 5 0 0 k1 1 2 2 + 7 0 0 、k 1 1 2 4 + 5 0 0 k1 1 2 7 + 0 0 0 、 k 1 1 3 2 + 0 0 0 - - k1 1 3 5 + 7 0 0 、k 1 1 3 9 + 3 0 0 - k1 1 4 1 + 9 0 0 k 、l1 4 1 + 9 6 1 k1 1 6 2 + 9 6 1 。总里 程为5 2 0 公里。 本段公路为二级公路，路基宽度1 2 米，其中行车道2 x 3 7 5 米，硬路肩2 1 5 0 米， 土路肩2 x 0 7 5 米。路线所经区域地处渭北黄土台东部，黄河中游的西侧，呈现阶梯状 地形。地貌类型依次为河谷阶地，黄土台塬和中低山，土质为黄土及砂质黄土，一自 然区划为i i l 4 。本区域属半干旱大陆季风气候，四季分明，降水偏少，年平均气温为1 1 5 ，最热月为7 月，二平均气温2 4 8 。c ，最冷月为一月，平均气温3 3 ，极端最高 气温4 0 1 ，：极端最低气a 一2 0 1 ，年平均降雨量5 5 6 7 毫米，降雨多集中在7 月至9 月，最大冻土深度4 7 c m ，最大积雪厚度1 2 c m 。 路面经过多次维修，路面结构较为复杂，不同路段路面结构差异较大，最后一次维 修为2 0 0 0 年。 表2 1 原路面结构 旧路面结构 桩号 上面层下面层基层 底基层 k 1 0 9 3 + 9 6 1 5 c m 中粒式沥青 1 8 c m 灰土碎石1 8 c m 石灰土 k1 1 1 5 + 0 0 0 混凝土 k 1 0 9 3 + 9 6 1 3 c m 沥青混凝土4 c m 沥青混凝土2 0 c m 灰土碎石原路面 k1 1 1 5 + 0 0 0 k 1 0 9 3 + 9 6 1 1 8 c m 灰土碎 3 c m 沥青碎石5 c m 沥青下贯1 8 c m 二灰碎石 k1 1 1 5 + 0 0 0 石 k 1 0 9 3 + 9 6 l 5 c m 中粒式沥青 3 c m 沥青碎石1 9 c m 灰土碎石2 8 c m 石灰土 k1 1 1 5 + 0 0 0 混凝土 8 长安人学硕f ：学位论文 图2 1 原路面结构 _ 羹 l 罄 图2 2 原路面典型破坏情况 9 第二章原路面状况及再生方案 该路段自建成以后，随着道路沿线经济的快速发展，交通量逐年增加，通行车辆中 大吨位车辆数量急剧增加，加上车辆超载的影响，路面损坏较为严重。路面出现了明显 的车辙，有的路段出现了大面积的网裂，部分发展成为1 0 厘米见方的碎块，甚至出现 表面沥青材料脱落有向坑槽发展的趋势。 在路面改建方案确定过程中对路面的各种病害进行了调查，调查内容包括路面车 辙、裂缝、推移、拥抱、坑槽修补以及松散。并根据规范【1 3 1 对路面的破损状况进行了评 价。 2 1 1 原路面弯沉值 表2 2 路面破损状况分析表 序号桩号路幅 综合破损率( )路面状况指数( p c i ) 评价 l k 1 0 9 3 + 9 6 1 左幅 1 0 2 0 6 0 9 5中 k 10 9 5 + 0 0 0 右幅 1 2 5 2 5 7 5 0中 2 k 1 0 9 5 + 0 0 0 左幅 1 3 5 l5 6 1 5 中 k 1 0 9 7 + 0 0 0 右幅 1 1 7 45 8 6 2 中 3 k t 0 9 7 + 0 0 0 左幅1 5 3 75 3 7 6 次 k 11 0 5 + 0 0 0 右幅 2 5 2 04 3 3 1 次 4 k 11 0 5 + 0 0 0 - 左幅 3 9 6 33 1 6 9 差 k l1 0 7 + 0 0 0 右幅3 6 5 33 3 9 5差 5 k 11 0 7 + 0 0 0 左幅 3 7 2 93 3 3 8 差 k l1 0 8 + 0 0 0 右幅 2 5 3 14 3 2 1 中 6 k1 10 8 + 0 0 0 - - 左幅1 4 5 15 4 8 4 中 k 1 1 0 9 + 0 00 右幅 1 0 6 66 0 2 3 中 7 k 1 1 0 9 + 0 0 0 - 左幅 1 2 5 75 7 4 3 次 k l l l l + 0 0 0 右幅 1 7 3 45 1 4 1 中 8 k ll l1 + 0 0 0 - 左幅 1 1 8 75 8 4 3 中 k1 1 1 5 + 0 0 0 右幅 1 1 5 l5 8 9 6 差 9 k l1 1 9 + 5 0 0 0 左幅 5 7 1 52 0 5 7 差 k 1 1 2 0 + 0 0 0 右幅 4 5 7 3 2 7 5 4差 1 0 左幅4 3 1 72 9 2 4差 k1 1 2 0 + 0 0 0 l o 长安人学硕士学位论文 k l l 2 2 + 0 0 0 在幅6 5 1 51 6 1 7著 1 12 2 + 0 0 0 左幅8 5 7 66 1 1差“ k 1 1 2 2 + 7 0 0 右幅 8 3 0 l7 3 7 差 1 2 k l l 2 4 + 5 0 0 0 左幅 1 8 5 35 0 0 6 次 k 1 1 2 7 + 0 0 0 右幅 2 6 9 7 4 1 7 1次 1 3 k1 13 2 + 0 0 0 - - 左幅 1 4 9 3 5 4 3 l中 k1 1 3 5 + 7 5 0 右幅 2 5 1 24 3 - 3 9 次 1 4 k1 13 9 + 0 0 0 - - 左幅 1 4 4 55 4 9 2 中 k l1 4 2 + 0 0 0 右幅3 6 5 03 3 9 7差 1 5左幅2 4 8 24 3 6 7 次 kl14 2 + 0 0 0 - - k 11 4 5 + 0 0 0 右幅 4 4 0 32 8 6 6 差 1 6 k 1 1 4 5 + 0 0 0 左幅 2 0 1 9 4 8 2 6次 k l1 4 8 + 0 0 0 右幅4 5 0 22 8 0 1差 1 7 左幅 2 0 0 64 8 4 0 次 k1 l4 8 + 0 0 0 - - - k 1 15 0 + 0 0 0 右幅 2 2 3 24 6 0 8 次 1 8 左幅 2 3 2 2 4 5 1 9次 k 1 l5 2 + 4 3 0 - k 1 1 5 9 + 0 0 0 右幅2 8 2 34 0 6 0 次 1 9 k 11 5 9 + 0 0 0 左幅 2 5 5 74 2 9 7 次 k l1 6 2 + 0 0 0 右幅 2 4 1 l4 4 3 4 次 2 0 k l l 6 2 + 0 0 0 左幅4 0 3 63 1 1 8差 1 1 6 2 + 9 8 0 右幅3 5 3 03 4 8 7 差 由调查数据分析得出路面状况指数都在中以下。我们在调查中发现整个路段缝发 育，路面多处大面积地出现龟裂，伴随着不同程度的沉陷变形，局部路段有不同程度的 车辙，有的的路段对车辙进行简单的填补，但不久又出现新的车辙。这些病害直接影 响路面的使用性能。 路面结构强度调查采用贝克曼梁弯沉仪，每2 5 米侧一点。 表2 3 路面强度指数表 分段起终桩号弯沉s s i等级 1 k 1 0 9 3 + 9 6 l k 1 0 9 4 + 8 0 0 8 3 3 2 0 4 8次 第二幸原路面状况及i 生方案 2k 10 9 4 + 8 0 0 kl0 9 7 + 0 3 71 2 9 9 3o 3 1 次 3k 1 0 9 7 + 4 6 4 - k 1 1 0 5 + 4 0 01 3 4 8 3 0 3 差 4 k1 10 5 + 4 0 0 k 1 10 6 + 8 0 06 6 7 4 0 6 中 5k 1 10 6 + 8 0 0 k 1 10 8 + 3 5 08 7 8 10 4 6 次 6kl l0 8 + 3 5 0 k 1 10 9 + 5 5 06 3 9 10 6 3 中 7k l1 0 9 + 5 5 0 - k l ll l + 1 0 01 1 3 8 8o 3 5 次 8k l1 11 + 1 0 0 - - k 1 11 5 + 0 0 01 2 3 3 1o 3 3 次 9k l1 1 9 十5 0 0 k 1 1 2 0 + 1 3 51 0 8 1 60 3 4 次 1 0k l1 2 0 + 7 1 5 k 11 2 1 + 7 1 5 9 9 9 90 3 6 次 1 lk 1 1 2 1 + 8 1 5 k 1 1 2 2 + 7 0 01 0 0 3 70 3 6 次 1 2k 1 12 4 + 5 0 0 k1 12 7 + 0 0 01 0 4 9 90 3 5 次 1 3k 1 1 3 2 + 5 0 0 k 1 1 3 5 + 7 5 0 8 8 0 70 4 1 次 1 4k 1 1 3 9 + 3 0 0 - - k 1 1 4 1 + 9 0 08 8 1 l0 4 1 次 1 5k l1 4 l + 9 0 0 k 11 4 4 + 5 0 01 0 9 2 2o 3 3 次 1 6 kl l4 4 + 8 0 0 - - - k1l4 8 + 5 0 0 6 9 2 lo 5 2 中 1 7k 11 4 8 + 7 0 0 - k l l 5 0 + 0 0 01 1 9 4 9o 3 0 次 1 8k 1l5 2 + 4 2 5 k 1 15 8 + 9 5 08 4 5 l0 4 3 次 1 9 k 1 15 8 + 9 5 0 k i l 6 1 + 5 0 0 7 8 2 20 4 6 次 2 0k 1 1 6 2 + 0 0 0k 1 1 6 2 + 9 6 18 7 9 1o 4 1 次 为进一步调查评定原路面结构的承载能力，分析路面病害产生的原因，典型的病害 严重路段进行钻芯取样。 ( 1 ) 拥包路段 k 1 1 4 0 + 6 5 0 处，沥青碎石上面层尚存在，沥青下面层已松散，两层之间无粘结， 芯样只能取出完整的上面层，面层厚度约3 c m 。下面层沥青用量偏少，松散取不出芯 样。 ( 2 ) 龟裂路段 在k 11 2 1 + 4 5 0 行车道处取芯，路面表面配出现比较明锹的龟裂，深度较深，面层松 散成块状，基层部分破碎。原路面结构基层为2 0 c m 灰土碎石，取芯表明基层与面层间 己基本无粘结，且基层强度不足，引起面层破坏。 1 2 长安人学硕l 学位论文 ( 3 ) 龟裂、沉陷路段 k11 39 + 9 2 0 左幅行车道，车辙大，并伴随龟裂、沉陷。面层厚度不足5 c m ，基层破 碎，取不出芯样。：基面层粘接尚好。 通过钻芯取样可知，病害的主要原因有以下几个方面： 病害严重的路段基层已破碎，在轮迹带范围内沥青面层产生了较大变形，轮迹带 一下陷，同时两侧沥青混凝土鼓起，伴有推移、拥包现象，油面老化。 水的进入导致灰土碎石强度降低，旧路大面积出现龟裂、沉陷、拥包等病害。 沥青用量偏少，沥青下贯式结构己经破坏，上面层与下面层完全分离，故产生推移 拥包是在所难免的。 从历年交通量统计资料上可以看出，长期以来，本路段过往车辆主要运输果品、煤 炭、建筑材料等物资，使得交通量增长率保持较高水平。这种情况直到西禹高速公路2 0 0 5 年11 月通车以后才有所缓解。而早期修建的公路受技术标准限制，对交通增长率估计不 足，使得道路实际承受的交通量己经大大超过其能够承受的能力，现有道路已无法满足 急剧增长的交通量需求。 2 2 路面再生方法 根据美国沥青再生协会( a 砌认) 的定义和分类，将沥青路面再生分为冷刨法、厂 拌热再生、就地热再生、冷再生( 包括厂拌和就地两种方式) 、全厚式再生五大类。 1 ) 冷刨法 冷刨是指采用专门设计的设备有控制地铣刨现有路面至合适的深度，经处理后形成 的纹理表面可立即作为正常行驶面使用，也可用其它沥青再生方法进一步加以处理或经 清扫和喷洒粘结层后加铺沥青混凝土或再生混合料层。冷刨法可消除路面表面多种损坏 形式，提高表面摩擦系数、可为其它类型沥青路面再生方法提供前期的路表面准备工作， 冷刨过程中产生的铣刨旧料可通过热再生或冷再生法加以利用，重新铺回路面结构中。 相对于其它重建方法节约了能源。 2 ) 厂拌热再生 将沥青路面的铣刨旧料与新集料、新沥青以及再生剂在工厂混合生产再生混合料。 厂拌热再生的工作原理是软化旧料以使其与新集料、沥青和再生剂混合，并采用专门设 计或改进后能够用于热再生的间歇式或连续式拌和设备。通常，热拌再生混合料中旧料 的掺配比例有限制，对间歇式拌和站大约为1 5 2 5 ，连续式拌和站大约为3 0 , - - 5 0 。 第二章原路面状况及f f 生方案 厂拌热再生可以再生利用沥青等宝贵资源，改善路面的结构特性，修复路面表面的变形 及裂缝类病害，处理后的再生路面与传统的热拌沥青混凝土路面性能相当。 3 ) 就地热再生 将原路面在现场进行加热软化后按预定深度进行铣刨，并根据铣刨料情况加入的新 材料视实际情况决定是否加入再生剂。经拌和、碾压、摊铺而形成新的再生结构层。就 地热再生的处理深度一般为2 0 m m 8 0 m m 。就地热再生的设备，一般包括预热机、加热 机、翻松机、拌和机、摊铺机和压路机。就地热再生能消除路面表面裂缝，车辙、波浪、 拥包等变形破坏，并且可以恢复路面摩擦系数，节省运输成本，减少施工中的交通中断。 4 ) 冷再生 指对原路面进行再生利用的过程中不需要加热。就地冷再生是将原路面在现场铣刨 至预定深度，加入适量的稳定剂( 如沥青类稳定剂、水泥类稳定剂等) 并根据实际情况 决定是否加入新集料，经拌和、碾压、摊铺而形成新的再生结构层。就地冷再生施工速 度快、对交通影响小、减少大量运输车辆，经济环保；但若己有大量的旧路面铣刨料堆 置，或将旧面层翻除后必须对基层进行翻修而不能采用就地再生方法时，则应该选择厂 拌冷再生。对于出现反射裂缝的路面，常用的维修方法是进行罩面，但m c k e e n 等人的 研究表明2 4 年后反射裂缝通常会贯穿罩面层反射到路面表面层。美国爱荷华州交通部 及公路研究所对1 8 条冷再生道路进行分析评价，认为采用冷再生方法对出现反射裂缝 病害的路面进行维修，可以有效延缓反射裂缝的再次形成从而减轻反射裂缝的危害，对 平均日交通量小于2 0 0 0 次车道的冷再生道路，平均使用寿命为1 5 2 6 年。另外，冷再 生还可以消除其它路面表面病害，改善路面的结构特性，提高路面行驶质量，节省能源， 减少环境污染。 5 ) 全厚式再生【1 4 l 全厚式再生实际上是一种冷再生方法，全厚式再生过程中将旧路面所有沥青混凝土 层及一定厚度的下卧层材料统一铣刨，把底层材料稳定处理后再将再生层和加铺层逐层 铺回。因此，非常适用于路面结构层中下层出现病害的情况。可大量利用旧路面回收材 料，消除废旧路面材料的处理问题，从而减少运输成本，并能有效提高路面结构层尤其 是基层的承载能力，进而改善路面行驶质量，适用于修复多种路面病害类型。 上述沥青路面再生方法都优于传统的罩面技术或重修等维修养护方法，但各种再生 方法各具优缺点，而非对所有路面损坏类型各种方法都适用。因此，对需要采用再生技 术进行维修养护的实际工程，需首先调查其路面损坏类型、损坏程度以实际的工程条件， 1 4 长安人学颂 ：学位论文 从而确定合理的再生方法和再生方案。 冷再生与沥青路面热再生技术相比，有诸多优点： 1 ) 能够处治多种路面病害类型； 2 ) 可大大延缓和减少路面中反射裂缝的出现； 3 ) 不改变路面纵横线形就可以改善路面的结构承载力； 4 ) 与传统的维修技术相比，能减少施工过程中对能源、集料、沥青等的消耗，从 而可以降低工程成本； 5 ) 可以节约自然资源，减少环境污染，从而有利于环境保护。 冷再生技术同时也有其适用性和局限性，主要为： 1 ) 路面冷再生过程中材料及施工的变异性较大从而对路面结构的性能带来不利影 响； 2 ) 对工期的影响，冷再生混合料需要一定的养生期才能达到规定的强度； 3 ) 冷再生施工过程受施工现场环境的影响较大，主要是温度和湿度。 2 3 冷再生方案的确定 2 3 1 维修方案选择 该工程为沥青路面大修工程，因此项目的关键是合理确定路面大修方案。根据路 况调查和交通量分析，并对路面病害产生的原因进行了研究，在方案设计中提出以下两 种方案： 方案一：挖补方案 结合旧路病害及弯沉测定资料，确定病害处理范围，对局部弯沉特异点及病害采用 基层材料二灰碎石挖补处理后，对旧路挖除沥青层后进行补强，根据旧路面的强度分段 进行，补强结构为：3 c m a c 1 3 c 细粒式沥青混凝土+ 4 c m a c 1 6 c 中粒式沥青混凝土+ 1 5 - - - 2 0 c m 二灰碎石，