水泥稳定就地冷再生工艺在公路养护中的实践研究.doc

水泥稳定就地冷再生工艺在公路养护中的应用研究摘 要：本文是笔者结合实际工程，通过介绍就地冷再生工艺技术及应用检测结果，阐明了就地冷再生具体施工工艺的应用情况，并指出冷再生技术的优点：可充分利用原路铣刨的废弃料，同时又节约了大量建筑材料；避免废弃料占地，有利于保护生态环境；既节约了资源，又减少了投资，降低了成本，符合持续发展的要求；在公路养护领域具有广阔的应用前景。关键词：水泥稳定；就地冷再生；基层；工艺应用1 前言国家实施通县油路、县际油路、通乡油路以及西部大开发、扩大内需等政策后，加大了基础设施的投入资金，公路管养事业迅猛发展，同时原有道路路面的大中修及改建工程比例不断扩大。沥青混凝土路面一般根据设计年限每隔1015年，就需要翻修一次，如今，早期修建的高等级路面已经或即将进入维修或改建期，大量翻挖、铣刨的沥青混合料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面是资源的极大浪费。目前，沥青路面基层结构基本上都是采用水泥稳定集料等半刚性基层，在重载作用下基层很多已出现开裂、破碎等破坏，在路面维修、改造时需要一并予以处理。沥青路面改造或养护如继续采用传统方式，不仅增加了重修路面所需的沥青和砂石材料，易造成环境污染，而且随着基层的加铺，不断提高的路面标高使路面宽度变得越来越窄，周边与之搭接的道路高度也随之提高，使得沿线村庄排水问题难于解决。如果采用冷再生技术，将沥青面层和基层旧料加以再生利用，不仅可以节约大量的筑路材料，充分利用旧路材料，恢复和提高旧路强度，还有利于节约能源，避免环境污染，降低工程造价。因此，旧沥青路面材料的再生利用就成为构建节约型社会、环保社会、绿色社会的重要课题。笔者根据宜良至狗街公路路面大修工程实施的“就地冷再生基层科技示范路”试验段施工检测资料及从事设计工作所得经验，简单阐明沥青路面水泥稳定就地冷再生工艺技术的应用知识。2 水泥稳定就地冷再生概念2.1 就地冷再生定义水泥稳定就地冷再生，就是在经再生机（或铣刨机）按规定的深度、行进速度和转子速度进行铣刨后得到的具有一定级配的水稳混合料（必要时加入一定比例的新料）中，加入一定剂量的水泥，在最佳含水量状态下拌和形成再生混合料，通过整形、碾压、养生形成符合设计要求的道路基层或底基层的工艺技术。就该技术材料形成的工艺要求来讲，与其他传统再生技术过程是近似的，都需要经过回收、破碎，要有一定的级配，并加入适量的稳定剂（水泥、沥青等），在常温情况下重新拌和，形成具有一定路用性能的再生混合料。但在施工工艺方面却有较大的区别，就地冷再生是基于特别的施工机械及组合，在旧路再生现场集铣刨、破碎、掺配、拌和、摊铺、整平、压实等工序于一体的工艺方式，整个过程一气呵成，工序上节约了时间，提高了再生效益。2.2 施工工艺水泥稳定就地冷再生的工艺流程：施工放样原道路特殊处治准备新加石料（若需要）再生机组就位摆放及撒布水泥冷再生机铣刨及拌合碾压整形接缝及掉头处的处理养生。水泥稳定就地冷再生的施工工艺流程宜按上述顺序进行。3 水泥稳定就地冷再生工艺应用结果分析3.1 工程气候条件 宜良县宜狗公路路面大修工程地处低纬高原，属亚热带季风气候区，日照充足，气温、土温变幅不大，年平均温度16.3，最冷月平均温度8.1，最热月平均温度21.8；年平均日照2177.3小时，年平均降雨量912.2毫米。季节温度变化以春季为大，冬季起伏较小，地表温度年平均值18.9。3.2 旧路状况调查旧沥青路面的弯沉值对试验路段的冷再生设计影响至关重要,在试验段开始铺筑前,先对原有沥青路面的弯沉进行了检测。根据实测值计算代表弯沉。对原路结构和材料进行调查，结果表明土基顶面结构层厚度约30cm，在长期交通荷载作用下已经松散，因此，在结构设计时近似认为该层为级配碎石。根据各路段的代表弯沉值反算土基顶面回弹模量。在结构设计过程中，认为30cm结构层的模量从上而下为线性变化，再生层设计厚度为20cm，采用内插法计算20cm层底部模量。计算结果见表3.1所示。表3.1 原路段代表弯沉值及回弹模量 路段桩号代表弯沉（0.01mm）旧路面顶当量回弹模量（MPa）土基顶面回弹模量（MPa）20cm层底回弹模量（MPa）K0+000K1+000156.4598.532348.18K1+000K2+000135.63120.923261.64K2+000K3+000105.01156.195387.40K3+000K4+000148.50110.442754.81K4+000K5+000157.74103.972551.32K5+000K6+000153.2594.672044.893.3 就地冷再生结构组合设计3.3.1 设计原理水泥稳定就地冷再生结构组合设计总体上与传统的沥青路面结构设计相同，只是旧路大修、改建时，应根据收集调查的交通量数据，确定交通量增长率，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次，结合路面等级及路面类型，采用沥青路面半刚性设计理论，计算设计弯沉值。根据原路面设计强度和路况调查中得到的路面损坏情况，预估冷再生结构层厚度，并挖验检测冷再生结构层下承层的当量回弹模量，试算后确定再生层的厚度，一般厚度不宜小于18cm。由路况调查中现场承载板试验获得的原路各层下部复合模量，采用内插法确定预估的道路铣刨深度处下层复合模量，以此模量作为再生层底部模量。按设计弯沉值验算结构层厚度如验算结果不符合要求，则重新拟定结构层组成进行计算，直至验算结果满足要求为止。最后进行技术经济比较，最终确定采用的路面结构方案。3.3.2 水泥稳定就地冷再生”基层设计结果路面基层采用的是“水泥稳定就地冷再生”新工艺结构，设计中充分吸收以往类似工程的实际经验，注意体现经济、适用、耐久的设计思想。对设计中由经验公式确定的部分数据，需要通过试验路面铺筑的相关试验检测进行验证。严格按照现行检测标准进行质量检测验收后，方可进行全线施工。根据设计弯沉值计算设计层厚度：再生基层分段计算厚度在22 cm26 cm之间；旧路路面大修再生后仅进行磨耗层铺筑，即：4cm硅藻土改性沥青混凝（AC16F）+0.6cm稀浆封层（ES2）。3.4 基层混合料组成设计3.4.1 矿料级配组成设计在水泥稳定就地冷再生层施工前，在原道路上取有代表性的铣刨料样品严格按照相关规范和规程进行相关试验。水泥稳定就地冷再生层用做基层时，单个颗粒的最大粒径不应超过37.5mm，其颗粒组成应在表3.2所列规范级配范围内，对于二级公路宜按接近级配范围的下限组配混合料。对级配不良的铣刨旧料，应通过掺加部分新料以改善其级配，对新加料应取所定料场中有代表性的样品，严格按照相关规范和规程进行试验，并进行配合比设计。（1）将旧混合料的代表试样完全风干，测定旧混合料完全风干后的含水量。 （2）根据旧混合料和新加料的级配确定合成级配，绘制级配曲线，使设计合成级配在相应的级配范围内，且宜接近表3.2中级配范围的中值。铣刨旧料的筛分结果见表3.2，其级配组成符合公路沥青路面再生技术规范要求。表3.2 水泥稳定就地冷再生混合料组成设计筛 孔集料种类通过方孔筛的百分率（%）37.526.5199.54.752.361.180.60.075铣刨旧料筛分1009889.256.432.717.09.55.51.8规范级配范围901006610054100391002884207014578470303.4.2 水泥最佳用量和最佳含水量的确定（见表3.3） （1）分别按4%、4.5%、5%、5.5%、6%五种水泥剂量配制同一种土样、不同水泥剂量的混合料，如果稳定材料塑性指数大于12或颗粒较细应适当提高1%2%的水泥剂量。（2）根据设计配合比确定的新旧料比例进行配料，配料时大于37.5mm的材料用1937.5mm进行替代。按规定压实度分别计算不同水泥剂量的试件应有的干密度。（3）根据最佳含水量和计算的干密度制备试件。如试验结果的偏差系数大于规定值，则应重做试验，并找出原因，加以解决。（4）计算无侧限抗压强度试验结果的平均值和偏差系数。（5）根据要求的强度标准，选定合适的水泥剂量，此剂量试件室内试验结果的平均抗压强度应符合公式3.1的要求。 （3.1）Rd 设计抗压强度Za 试验结果的偏差系数Cv 标准正态分布表中随保证率（或置信度a）而变的系数，取保证率为90，即Za=1.282。表3.3 配合比设计参数设计参数水泥用量最大干密度最佳含水量7d无侧限抗压强度单 位 %g/cm3%MPa数 值4.02.1736.02.6703.4.3 试验路施工使用设备主要应用德国维特根公司生产的WR250OS型就地冷再生机来实现再生施工。（1）WR2500S型就地冷再生机一台；（2）20T（自重）单钢轮压路机一台；（3）32T（自重）单钢轮压路机一台；（4）水车三辆。3.5 试验路施工工艺组织3.5.1 冷再生机组就位(1)使用推杆连接再生机组,并连接所有与再生机相连的管道。(2)检查再生机操作人员是否已将有关的数据输入计算机。(3)应检查水车内水是否充足。(4)排除系统中的所有空气并确保所有阀门均处于全开度位置。(5)检查再生路段内的导向标志,确保导向标志明确。(6)对再生施工中所需要的其它机械设备进行全面的检查。3.5.2 摆放和摊铺水泥(1)水泥添加的方式一般有以下几种：将粉状水泥撤布在再生机前的被再生路面上,再生机经过时可将水泥与被统刨下来的旧混合料进行拌和。用专用水泥稀浆搅拌输送车将水泥与水拌和成稀浆状,水泥稀浆可以直接喷洒到再生机的拌和罩壳内。这样不仅可以保证水泥用量的精确性,同时也防止了因刮风等而损失水泥材料。采用专用水泥撤布车撤布水泥,撤布车作为再生机组的一部分。(2)人工摆放和撒布水泥,应根据水泥剂量,计算每平方米水泥稳定层需要的水泥用量,并确定水泥摆放的纵横间距。若使用水泥稀浆车,应计算水泥浆的喷入量，且实际的水泥剂量应多O0.5%；采用工地人工撤布水泥,实际的水泥剂量应比室内试验确定的剂量多0.51.0%；水泥的最小剂量应不低于4%。(3)宜良至狗街路面大修科技试验示范路水泥就地冷再生基层采用上述第一种水泥添加方式：水泥剂量按4%添加,根据计算出的每袋水泥的纵横间距（2.5m0.8m）,在已铺筑好细砂的路面上做好安放标记。用刮板将水泥均匀摊开,水泥摊铺完后,表面应没有空白位置,也没有水泥过分集中的地点。3.5.3 新集料的添加若需要添加新集料,应根据室内设计结果和原道路再生深度范围内的平均密度,计算每平米新料的添加量。根据每车料的质量或体积,计算每车料的堆放距离,将新加料均匀地撤布在旧路面上,并检查新加料撤布是否均匀。本项目在施工过程中，为增加铣刨料中细料的不足，利用摊铺机在原路面表面摊铺了一层5cm的细砂。 3.5.4 冷再生机施工(l)冷再生机推动水车在原路面上行进。(2)再生机后有专人跟随,随时检查再生深度、水泥含量和含水量,并配合再生机操作员进行调整。(3)每刀再生结束后,检查铣刨毂的刀架、刀头,发现损坏立即更换。就地在生机的铣刨深度为22cm26cm,行驶速度为5m/min, 铣刨毂的转速为150r/min,加水量为3.3%,但根据天气情况略有差别,在0.1%0.2%之间。3.5.5 碾压成型根据试验路得到的结果,确定碾压工艺组合为:YZ12静压1遍,振压8遍(YZ12振压6遍,XSM220振压2遍)。(1)在再生机后紧跟一台YZ12型单钢轮振动压路进行初压,先静压一遍后采用高幅低频进行压实,然后采用XSM220型单钢轮压路机再振压两遍。钢轮压路机的工作速度为2.36km/h。(2)在初压完成后,用人工找平的办法找平。(3)整形后,立即用22T单钢轮压路机先以高幅低频振动模式后以低频高幅模式进行压实。直线和不设超高的平曲线段,由路肩向路中心碾压时重叠1/2轮宽,后轮必须超过两段的接缝处,后轮压完路面全宽时,即为一遍。(4)严禁压路机在已完成的或正在碾压的路段上调头或急刹车,保证再生层表面不受破坏。(5)碾压过程中,再生层的表面应始终保持湿润,如水分蒸发过快,及时补洒少量的水分。(6)碾压过程中,如有弹簧、松散、起皮等现象,及时翻开重新拌和。每一段碾压完成并经压实度检查合格后,立即开始养生。3.6 应用结果分析3.6.1 铣刨料级配抽检情况水泥就地冷再生基层施工过程中级配筛分抽检按公路沥青路面再生技术规范进行。抽检情况如表3.4所示。表3.4 级配筛分部分抽检情况筛孔尺寸通过方孔筛的百分率（%）37.526.5199.54.752.361.180.60.075取样品110096.991.674.252.534.322.415.92.4取样品210010091.467.344.126.517.112.41.5取样品310093.285.768.049.227.718.112.53.4取样品496.482.785.475.570.652.334.124.33.6取样品510010099.285.064.643.929.521.03.4规范级配范围90100661005410039100288420701457847030从表3.4可以看出,水泥就地冷再生施工过程中的级配控制良好,基本上是围绕设计级配在一个合理的范围内波动,这也确保了该冷再生混合料的良好性能。3.6.2 基层施工压实度抽检情况压实度是水泥冷再生基层的一项关键控制指标。现场勘查发现,路面在铣刨时增加了细料,因此对其最大干密度和最佳含水量重新进行了测定（现场取样击实)。经校核后的最大干密度为2.339g/cm3,最佳含水量3.8%,与原配合比设计结果差异较大。施工过程中采用灌砂法实时检测压实度,抽检情况如表3.5所示。表3.5 压实度抽检部分情况取样桩号含水量（%）干密度（g/cm3）压实度（%）取样桩号含水量（%）干密度（g/cm3）压实度（%）K1+2204.12.30699K3+9203.82.28298K1+3404.32.09891K4+2003.22.29298K1+4803.92.24396K4+5603.62.27697K1+5603.92.16893K4+6803.52.29698K2+1503.62.30499K5+2603.62.22495K2+3003.22.23395K5+3002.92.25696K2+7802.62.20794K5+3603.82.31099K2+9003.52.28398K5+5703.92.18794K3+0203.82.22095K5+7003.22.30899K3+3053.42.21395K5+9605.02.18193K3+4603.92.13892K6+0002.92.3461003.6.3 基层无侧限抗压强度抽检情况施工过程中水泥冷再生基层7天无侧限抗压强度按公路工程无机结合料稳定材料试验规程中T0805-94的方法进行。抽检情况见表3.6所示。表3.6 基层7天无侧限抗压强度抽检部分情况施工桩号制件个数偏差系数Cv(%)平均抗压强度(MPa）代表值（MPa）Rc-1.282SK0+000K1+16066.03.192.95K3+160K4+005615.33.432.76K4+560K5+580911.73.342.843.6.4 基层钻芯试验抽检情况施工过程中水泥就地冷再生基层钻芯试验抽检情况：共钻芯8个点位，芯样密实，孔壁光滑，芯样长度符合设计要求。3.6.5 水泥就地冷再生基层弯沉检测情况所有路段养生结束后，用5.4m贝克曼梁弯沉仪测定路面的弯沉情况见表3.7，弯沉检测情况符合设计要求。 表3.7 弯沉检测部分情况 路段桩号测点数平均值（0.01mm）均方差（0.01mm）代表弯沉（0.01mm）K0+000K1+00010024.0718.3951.66K1+000K2+00010030.4810.7146.55K2+000K3+00010025.6812.4144.29K3+000K4+00010027.6911.5845.06K4+000K5+00010025.729.9640.66K5+000K6+00010027.849.2841.764 水泥稳定就地冷再生实践总结4.1 工艺应用优势（1）充分利用原路面铣刨的废弃料，避免废弃料占地，有利于保护生态环境；同时又节约了大量建筑材料，既节约了资源，又减少了投资，降低了成本。 （2）旧路上加铺基层是公路养护传统的处理方式，这导致不断提高的路面标高使路面宽度变得越来越窄，且周边与之搭接的道路高度也随之提高，给沿线村庄出行及排水带来难于解决的问题。就地冷再生技术的应用较大程度的避免了上述现象的发生。 （3）就地冷再生技术施工工艺简单，施工进度快，开放交通早，保证道路的畅通；再生后可以明显提高路面基层的强度，改善路面使用性能，使投资效益得以充分发挥。（4）使用该技术可减轻对环境的污染，减少能源的消耗。4.2 工艺存在的问题 （1）不合格的材料无法剔除，难