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（贛州市睿超建設(shè)工程有限公司,江西 贛州 341400）

0 引言

隨著我國公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，早期建造的道路已經(jīng)逐步進(jìn)入大中修期，每年瀝青路面翻修后，會(huì)產(chǎn)生大量舊瀝青廢棄料。經(jīng)過不斷探索及試驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)，回收瀝青路面廢舊材料并再生利用既能有效提升現(xiàn)有資源利用率，節(jié)省新料投入，又能避免廢料處置費(fèi)用支出，節(jié)省養(yǎng)護(hù)成本，與國家所提倡的發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略以及交通運(yùn)輸部《關(guān)于加快推進(jìn)公路路面材料循環(huán)利用工作的指導(dǎo)意見》（交公路發(fā)〔2012〕489號(hào)）所指出的“到2020年，瀝青路面舊料循環(huán)利用率要達(dá)到95%及以上”的規(guī)定十分契合。就地冷再生養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)既能充分利用舊瀝青銑刨料，減少棄置，節(jié)省資源，又能降低舊瀝青銑刨料拌和、攤鋪碾壓施工中能源消耗及有毒有害氣體的排放。基于這一背景，該文以具體干線公路試驗(yàn)段為例，對(duì)就地冷再生養(yǎng)護(hù)方案設(shè)計(jì)及施工控制展開分析探討，以期豐富就地冷再生養(yǎng)護(hù)技術(shù)實(shí)踐成果。

1 試驗(yàn)段概況

截至目前，某干線公路持續(xù)運(yùn)行時(shí)間長達(dá)十余年，公路東西連接線已經(jīng)累計(jì)承受6 700×104輛和5 600×104輛自然車輛的運(yùn)行，這對(duì)于四車道干線公路而言，交通量已經(jīng)十分繁重。根據(jù)公路管理部門的調(diào)查，當(dāng)前該干線公路段重車比已經(jīng)高達(dá)31%以上，且存在十分普遍的超載超限現(xiàn)象。再加上公路所處地區(qū)降雨豐富，導(dǎo)致原本強(qiáng)度不高的瀝青路面先后出現(xiàn)大面積沉降、網(wǎng)裂、車轍、坑槽、唧漿等病害。病害路段每年所花費(fèi)的養(yǎng)護(hù)成本逐年遞增，但養(yǎng)護(hù)效果及路用性能卻持續(xù)下降，充分表明，現(xiàn)有瀝青路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)接近使用壽命，無法再滿足日益增長的交通運(yùn)行，必須實(shí)施大修及改擴(kuò)建，提升公路服務(wù)水平。

東線試驗(yàn)段起訖樁號(hào)K39+580～K42+580，于2001年動(dòng)工興建，2004年初竣工通車。原路面結(jié)構(gòu)自上而下為厚4 cm的中粒式瀝青混凝土、厚6 cm的熱拌瀝青碎石、厚20 cm的石灰+粉煤灰碎石基層、厚30 cm的未篩分碎石底基層。為延長瀝青路面使用壽命，于2007年加鋪4 cm厚的細(xì)粒式瀝青混凝土上面層，并在此后運(yùn)行過程中，先后進(jìn)行了銑刨加鋪及罩面等養(yǎng)護(hù)處治。西線試驗(yàn)段起訖樁號(hào)K35+120～K38+148，于2003年初開工，2005年初竣工通車，路面結(jié)構(gòu)自上而下為厚4 cm的細(xì)粒式瀝青混凝土、厚4 cm的中粒式瀝青混凝土、厚6 cm的粗粒式熱拌瀝青碎石層、厚22 cm的水穩(wěn)碎石基層、厚33 cm的未篩分碎石底基層。

東線和西線瀝青路面在運(yùn)行的十余年間所承受的斷面交通量約為6 700×104輛和5 600×104輛，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)范所規(guī)定的1 500×104次標(biāo)準(zhǔn)軸載交通量。路面結(jié)構(gòu)層表現(xiàn)出嚴(yán)重的病害，單純依靠日常維修養(yǎng)護(hù)已無法根治路況病害。東西線路線段在實(shí)際交通載荷作用下結(jié)構(gòu)承載力系數(shù)詳見表1，東西線瀝青路面在實(shí)際交通荷載作用下結(jié)構(gòu)承載力系數(shù)值均位于差級(jí)水平[1]。

表1 實(shí)際交通載荷作用下結(jié)構(gòu)承載力系數(shù)

2 再生方案設(shè)計(jì)

結(jié)合該干線公路建設(shè)歷史及病害現(xiàn)狀，公路管理部門提出就地冷再生養(yǎng)護(hù)方案。瀝青路面就地冷再生就是將舊路基層銑刨翻挖、破碎回收、篩分處理后，按比例摻加再生劑、新瀝青材料及集料后重新拌和成路用性能良好的瀝青混合料，重新攤鋪。因該工藝可實(shí)現(xiàn)對(duì)舊材料的重復(fù)利用，施工期間道路厚度及幾何線形也能得到較好控制，還能在一定程度上減少交通中斷，性價(jià)比高。瀝青路面就地冷再生技術(shù)原理詳見圖1。

圖1 瀝青路面就地冷再生技術(shù)原理

從2019年底開始，對(duì)該干線公路東線和西線展開實(shí)地考察、檢測(cè)及論證，再次認(rèn)可就地冷再生養(yǎng)護(hù)處治方案的基礎(chǔ)上，報(bào)請(qǐng)省交通廳批復(fù)，同意按照該技術(shù)展開病害路面維修施工。公路管理部門遂以病害形式較為典型的路段為試驗(yàn)段，于2020年初開工。

2.1 結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)及受力分析

該干線公路試驗(yàn)路東線僅部分路段基層壓漿處理，其余基層未處理；銑刨3 cm厚的基層后用作再生料，再生瀝青層厚16 cm，加鋪瀝青層為4 cm厚AK-13A+5 cm厚AC-16C+7 cm厚AC-25C。西線再生基層厚26 cm，再生瀝青層厚16 cm，加鋪瀝青層為4 cm厚AK-13A+8 cm厚AC-25C。試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)層受力分析詳見表2。表中，結(jié)構(gòu)層受力分析主要依托多層彈性層狀體系理論[2]，將土基簡(jiǎn)化為半無限體；輪胎接地壓強(qiáng)按0.707 MPa計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)軸載100 kN，單側(cè)輪傳壓當(dāng)量直徑21.30 cm。驗(yàn)算空間取值點(diǎn)位的設(shè)置依照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD50—2017）層底拉應(yīng)力計(jì)算圖式[3]確定。

表2 試驗(yàn)路結(jié)構(gòu)層受力分析

2.2 材料設(shè)計(jì)

通過再生機(jī)在不同典型病害現(xiàn)場(chǎng)銑刨取樣，并檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)層厚度。按照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTG/T551—2019）、《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E42—2015）展開再生瀝青混合料砂當(dāng)量、塑性指數(shù)及篩分試驗(yàn)。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，將再生瀝青混合料、碎石、石屑、水泥的比確定為55∶30∶13.5∶1.5。

瀝青發(fā)泡效果通常通過半衰期和膨脹率指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。設(shè)計(jì)階段，在20 ℃的環(huán)境下對(duì)90#瀝青展開發(fā)泡試驗(yàn)，發(fā)泡溫度分別安排在150 ℃、160 ℃和170 ℃，在三種溫度下依次按照瀝青質(zhì)量的1%、1.5%、2%、3%確定發(fā)泡用水量,并對(duì)12組次分別展開其半衰期和膨脹率測(cè)定。每個(gè)組次均連續(xù)展開4次發(fā)泡試驗(yàn)，求取試驗(yàn)結(jié)果的均值，繪制半衰期與膨脹率隨用水量變化的關(guān)系曲線，并以此為90#瀝青發(fā)泡特性曲線。最終確定出的90#瀝青最佳發(fā)泡溫度為160 ℃，發(fā)泡用水量1.5%，半衰期為11，膨脹率為16倍。

為保證最佳壓實(shí)度，根據(jù)《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTG3430—2020）的方法及Wirtgen公司提供的經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)行最佳拌和用水量的確定。以初步估測(cè)的3%的泡沫瀝青用量為中值，并按照一定間隔設(shè)置5個(gè)泡沫瀝青的用量，在最佳含水量不變的情況下制備馬歇爾試件。按照試驗(yàn)規(guī)程對(duì)試件展開干濕劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析，最終將泡沫瀝青用量確定為3%。

2.3 再生機(jī)具選用

該公路試驗(yàn)段瀝青路面就地冷再生使用MCR-250型低溫就地冷再生機(jī)械，生產(chǎn)能力及振動(dòng)篩輸出能力250 t/h，再生寬度達(dá)4.5 m，可以使用各種黏合劑，并能達(dá)到與固定式瀝青混合料拌和設(shè)備同等的計(jì)量精度，舊瀝青路面翻修速度可達(dá)1 000～1 500 m/d，可用于中面層翻修，再生深度達(dá)到10～15 cm。該再生機(jī)械其余技術(shù)參數(shù)值見表3。

表3 MCR-250型低溫就地冷再生機(jī)械技術(shù)參數(shù)

3 施工要點(diǎn)及效果

3.1 施工控制要點(diǎn)

根據(jù)試驗(yàn)段瀝青路面再生厚度、寬度及泡沫瀝青混合料組成設(shè)計(jì)，計(jì)算出單位面積內(nèi)水泥、新集料等材料的用量，并均勻撒布。在施工起點(diǎn)處將施工機(jī)械首尾相連組成再生機(jī)組，啟動(dòng)設(shè)備后按照設(shè)計(jì)深度及10 m/min的速度進(jìn)行作業(yè)。完成后，通過鋼輪壓路機(jī)緊跟再生機(jī)組靜壓1遍，而后以振動(dòng)模式及2 km/h的速度連續(xù)碾壓5遍，并通過平地機(jī)找平處理。此后再通過鋼輪壓路機(jī)振壓2遍。達(dá)到設(shè)計(jì)平整度和路拱橫坡度后按最佳含水量灑水，并通過膠輪壓路機(jī)壓實(shí)8～9遍，碾壓速度控制在4 km/h以內(nèi)。

通過灌砂法檢測(cè)碾壓結(jié)束后路段的壓實(shí)度，待檢測(cè)合格后及時(shí)覆蓋并灑水養(yǎng)生。在加鋪上層結(jié)構(gòu)前，冷再生層至少應(yīng)養(yǎng)生7 d。

3.2 施工效果檢測(cè)

3.2.1 路用性能

結(jié)合對(duì)施工后路表彎沉值的檢測(cè)，試驗(yàn)路段東線行車道、超車道代表彎沉值依次為28.58（0.1 mm）和25.83（0.1 mm），西線行車道與超車道代表彎沉值分別為26.31（0.1 mm）和26.65（0.1 mm）。具體見表4和表5。通過與施工前相比，工后路表彎沉值大幅降低，表明瀝青路面整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。從表4和表5中測(cè)試結(jié)果還可以看出，施工前原路表和基層頂面平均彎沉值與標(biāo)準(zhǔn)差均較大，表明原瀝青路面結(jié)構(gòu)破損且不均勻。養(yǎng)護(hù)處治后試驗(yàn)段東線經(jīng)過基層再生和瀝青層再生處治，平均彎沉值和標(biāo)準(zhǔn)差均呈減小趨勢(shì)，結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度明顯改善。

表4 試驗(yàn)路段（東線）路表彎沉值檢測(cè)結(jié)果

表5 試驗(yàn)路段（西線）路表彎沉值檢測(cè)結(jié)果

試驗(yàn)段瀝青路面就地冷再生養(yǎng)護(hù)結(jié)束并經(jīng)過1個(gè)雨季的運(yùn)行后，所檢測(cè)得上面層頂面彎沉值比工后有所增大，表明路面結(jié)構(gòu)在雨季影響下，強(qiáng)度下降，但降低幅度并不大，且局部路段并無強(qiáng)度變異點(diǎn)和早期路表破損點(diǎn)[4]出現(xiàn)。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

試驗(yàn)路段就地冷再生施工期間，將3 125 m長的試驗(yàn)路所產(chǎn)生的4 800 m3舊瀝青混合料及4 160 m3舊水穩(wěn)基層混合料100%再生利用，分別替代同等厚度的瀝青穩(wěn)定碎石層和新拌水穩(wěn)碎石料，直接工程費(fèi)節(jié)省金額達(dá)到142萬元，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。此外，按照工程所在地征地補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，征地費(fèi)用按照168 665元/hm2，松方廢料按照3 m的堆放高度確定，則需要征用土地0.478 hm2；而采用就地冷再生技術(shù)，可省去銑刨廢料堆放環(huán)節(jié)，節(jié)省土地費(fèi)用80 622元。

綜合以上分析，該試驗(yàn)段瀝青路面就地冷再生養(yǎng)護(hù)施工可節(jié)省142萬元的直接工程費(fèi)和80 622元的土地征用費(fèi)，按照該干線公路技術(shù)改造項(xiàng)目規(guī)劃方案，若在全線90.6 km長度段內(nèi)全部展開冷再生施工，必將產(chǎn)生十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)論

綜上所述，瀝青路面就地冷再生養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)工藝的處理模式，使公路養(yǎng)護(hù)施工技術(shù)含量及機(jī)械化水平大大提升。雖然就地冷再生養(yǎng)護(hù)技術(shù)在我國干線公路瀝青路面大修中應(yīng)用的時(shí)間并不長，有關(guān)冷再生質(zhì)量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用技術(shù)也有待進(jìn)一步修訂和完善，但是這種養(yǎng)護(hù)工藝在節(jié)省資源、縮短工期、降低成本等方面的優(yōu)勢(shì)業(yè)已凸顯。隨著我國公路建設(shè)規(guī)模及總量的不斷增大，養(yǎng)護(hù)工程量也必然隨之增大，就地冷再生養(yǎng)護(hù)處治技術(shù)必將迎來廣闊的應(yīng)用前景。