沥青就地冷再生技术在农村公路养护大中修的应用.docx
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沥青就地冷再生技术在农村公路养护大中修的应用
沥青就地冷再生技术在农路养护工程中的实践
摘要:
本文从低碳、环保、节能技术的理念研究了旧沥青路面就地冷再生技术,以县道八(桥)车(逻)公路中修工程为例,探讨该技术在农村公路养护大中修工程的设计、施工、质量控制等实践中的应用,寻求一种适合公路养护大中修的可持续发展的方式方法,以利于进一步推广应用。
关键词:
旧沥青路面;养护大中修;就地冷再生;技术;应用
引言
我国道路路面结构以沥青路面居多,尤其是高等级公路中沥青路面所占比重更大,据不完全统计,我国已建成的高等级公路中约有80%为沥青路面。
就地冷再生是公路工程中的一项重要的道路维修养护的实用技术,相对于目前公路大中修采用的传统方式,能够100%地利用路面废料,对节省养护资金、节约资源、保护环境和提高沥青路面养护改造技术水平具有重要的现实意义。
沥青再生技术的研究、应用,符合“资源节约、环境友好”的公路交通可持续发展要求,符合“节能减排”的国策。
2008年,江苏省高邮市公路交通部门在农村公路上对该技术进行了积极的尝试。
1对沥青路面就地冷再生技术的认识
1.1沥青路面冷再生技术的概念
就地冷再生是指采用专用的就地冷再生设备,对沥青路面掺入一定数量的新集料、再生结合料、活性填料(水泥、石灰等)、水等材料后,进行现场铣刨、破碎、拌和、整形、摊铺、碾压等工序,实现旧沥青路面再生的技术。
它包括沥青层就地冷再生和全深式就地冷再生2种方式。
仅对沥青材料层进行的就地再生称为沥青层就地冷再生;再生层既包括沥青材料层又包括非沥青材料层的称为全深式就地冷再生。
1.2旧沥青路面冷再生技术的优点
从目前的工程实践来看,沥青路面就地冷再生技术在道路再生中具有明显的优势:
1.2.1节约投资成本
据国外施工资料介绍,与在旧铺层上加铺新料的维修方法相比,浅层就地再生约可降低成本20%,深层就地冷再生约可降低成本46%。
2.5.2施工工艺简单
由于原有旧沥青路面的材料全部被就地利用,省去了挖掘、外运、厂内加工及回填等一系列工作,使得施工工序简化。
2.5.3对环境污染少
由于旧料得以充分再生利用,不存在旧料的运输与存放问题,也大大减少了新筑路材料的开采量,同时在施工过程中不会出现较大粉尘和废气污染,保护了环境,是一项绿色环保技术、“低碳”技术。
2.5.4对交通干扰低
冷再生施工只是集中在一定特定的区域。
整个冷再生机械组合可以处于同一条车道内,不影响另一条车道车辆通行,可进行开放式施工,特别适用于交通量较大或路宽较窄情况下的道路的施工。
2.5.5施工质量可靠
就地冷再生可以根据不同道路旧铺层材料的实际情况进行设计,选择不同的添加剂,配比准确,可以保证再生材料的优秀品质和施工质量,形成施工成型厚而均匀的粘结层。
同时由于对旧材料进行重复利用,施工过程中路面的几何线形及厚度能得到很好地保持。
2.5.6工期短效率高
道路就地冷再生机械施工一次性可以完成铣刨、破碎、添加、拌和及摊铺,从而简化了施工程序,缩短施工工期。
使用就地冷再生机械,每天施工可完成5000~8000m2的工作量。
1.3就地冷再生技术的施工原理
沥青路面就地冷再生并不是人们通常所理解的将已经破损的沥青路面重新恢复到完好的原始状态,而是将旧面层和部分基层就地改建成新的基层或底基层。
此技术使旧沥青路面材料得到充分再利用。
1.3.1施工机械
就地冷再生技术的主要施工机具为集破碎与拌和为一体的冷再生机。
1.3.2工作原理
冷再生机的核心是装有大量专用刀头的铣刨和拌和转子。
转子向上旋转铣刨原路面材料,冷再生机向前行进时,转子转动,同时水通过软管从再生机连接的水车中运送过来,并在再生机的拌和仓中喷洒。
水的输送量通过微处理器控制的泵送系统精确控制。
铣刨转子将水与铣刨料充分拌和,并达到需要的最佳含水量,从而达到混合料的最大压实度。
如遇再生层原级配不良的情况,可在再生前将所缺少的部分集料洒布在路面上,通过与旧料拌和来改善原路面材料的级配。
1.3.3添加稳定剂
为了提高再生材料的强度往往需要加入稳定剂,稳定剂主要有水泥、水泥稀浆、乳化沥青、泡沫沥青、石灰、粉煤灰等。
2就地冷再生技术应用
2.1旧路的概况
X308八车公路,原名车樊公路,起点高邮市八桥镇与江都市樊川镇交界处,终点位于高邮市车逻镇,与S237淮江公路连接,全长17km,属于高邮市境内县道公路,于2004年建成通车。
全线路基宽12m,路面宽9m,为二级公路,路面结构为32cm12%石灰土+16cm二灰碎石+5cmAC-16沥青混凝土。
经过几年的使用,根据现场初步调查,路面病害较多,主要有纵横向裂缝、沉陷,并拌有少量翻浆。
图2.1八车公路原路面现状
2.2病害原因分析
2.2.1裂缝病害
纵缝:
主要分布在路中线和中线两侧约2m处。
缝宽约1mm-4mm,严重段三条纵缝同时存在。
两侧纵缝处目测路面有沉陷。
横缝:
横缝间距约20m,缝宽约1mm-2mm。
纵、横缝发展交汇处形成网裂。
裂缝较大处经雨水侵入、车辆碾压后面层石子松散,形成线带状坑塘、露出基层。
2.2.2承载力检测
对旧路进行弯沉检测,每车道1km检测40~50个点,详细了解旧路承载能力。
经对原路面上实测弯沉,可判断旧路承载能力仍较完好,可重复利用旧路基层进行冷再生。
表3.2实测弯沉表
序号
桩号
平均值
(1/100MM)
代表值
(1/100MM)
1
K0+000-K2+000
12.2
19.5
2
K2+000-K4+000
13.6
25.3
3
K4+000-K6+000
12.2
20.0
4
K6+000-K8+000
16.3
27.4
5
K8+000-K10+000
13.0
30.1
6
K10+000-K12+000
21.6
39.5
7
K12+000-K14+000
10.1
16.7
8
K14+000-K17+000
14.4
24.2
2.2.3原因分析
病害的产生是由多种因素共同导致的,一是S237省道通往京沪高速公路的连接线,重载车辆多;二是路面结构设计厚度不足,悬浮型二灰碎石抗裂性较差、路基强度、刚度不足;三是施工管理不到位,沥青混合料油石比偏小等原因。
2.3设计方案
2008年,该市公路交通部门选择K7+650至K10+250路段病害较为严重的段落进行养护大中修试验,共采用3种不同的方案进行,其中1600M进行了就地冷再生基层处理试验。
2.3.1方案一采取冷再生加铺
K7+650–K9+250采取冷再生加铺(方案一),长度为1.6km,面积14000m2,处理宽度为7m,两侧硬路肩部分各一米不处理。
2.3.2方案二采取铣刨加铺
K9+250–K9+750采取铣刨加铺(方案二),长度约0.5km,面积3500m2,处理宽度为7m,两侧硬路肩部分各一米不处理。
2.3.3方案三采取铣刨加铺格栅
K9+750–K10+250采取铣刨加铺格栅(方案三),长度约0.5km,面积3500m2,处理宽度为7m,两侧硬路肩部分各一米不处理。
2.4冷再生施工
利用水泥进行就地冷再生,设计铣刨深度为20cm,水泥的添加量为4%,再生后的铺层用作路面基层,然后摊铺AC-13沥青混凝土面层厚4cm。
2.4.1施工准备
(1)标准试验
对旧路结构材料进行现场冷再生破碎取样,确定旧路沥青层的厚度、基层材料及基层厚度等,掌握结构强度;在实验室做级配和配合比试验,并确定不同配合比的最大干密度(重型击实)和最佳含水量,取点频率为1km取3点。
(2)机具准备
工程开工前,应保证设备机具完好并满足施工需要,主要设备有:
冷再生机、平地机、洒水车、运送水泥汽车、振动压路机、胶轮压路机、三轮压路机、推土机等。
(3)材料要求
经破碎旧沥青面层及上基层获得的混合料作为冷再生结构的骨料及填充料,大于5mm的骨料质量分数应在40%~75%之间,否则应采取增加骨料或填充料的措施。
水泥采用强度等级为32.5级的路用普通硅酸盐水泥,初凝时间4h以上和终凝时间较长(宜在6h以上)的水泥,采用缓凝水泥。
(4)水采用不含有害物质的水或饮用水。
2.4.2级配和配合比
(1)对取好的混合料由实验人员编号后筛分,确认混合料的实际级配。
(2)抗压强度
根据级配对每一编号试块在实验室按含水泥量(质量比)5%,6%,7%试配获取三种水泥含量的最大干密度和最佳含水量,并在规定温度下,试件保湿养生6d,浸水24h后,按《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行无侧限抗压强度试验获取7d标准抗压强度,根据试验结果最终确定设计添加水泥量。
(3)路面混合料分析
拌和后的旧料分析包括旧料的筛分结果,最佳含水量,最大干密度以及松铺量的确定,作业段合理长度确定。
实验室从现场均衡取料,通过对拌合料的筛分,通过多次击实试验,确定粒料的最大干密度为2.25g/cm3,最佳含水量为9.5%,松铺厚度为1.33。
通过冷再生的延迟时间对强度的影响试验,确定延迟时间为4h。
施工中,严格控制从加水泥开始拌和到碾压完成的时间在4h内完成,通过试验段确定工作段的合理长度为160m。
2.4.3 施工工艺
主要施工工艺如下:
图2.4水泥稳定就地冷再生工艺流程
(1)交通控制
整个施工及养护过程中,应对再生路段(路幅)封闭交通,各路口设置警示牌,提醒司机及行人。
(2)施工放样
在再生施工之前,应在道路的两侧放置一系列的标桩(杆)作为基线,用来恢复道路的中心线。
标桩(杆)的间距,曲线距离不应超过20米,直线距离不应超过40米。
(3)准备原道路
清除原道路表面(包括不需要再生的相临行车道和路肩)的石块、垃圾、杂草等杂物和积水,并清理边线。
清除再生路段上存在的井盖等类似结构物。
对原路的翻浆、车辙、沉陷、波浪、坑槽等病害进行处理,使原路基本平整。
(4)准备新加料
根据原道路再生深度内的平均密度,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。
人工摆放和撒布水泥,应根据水泥剂量,计算每一平方米水泥稳定层需要的水泥用量,确定摆放水泥的行数和间距,划出方格网,人工摊匀水泥。
(5)冷再生机组就位
使用推杆连接再生机组,并连接所有与再生机相连的管道。
检查再生机操作人员是否已将所有与稳定剂添加量有关的数据输入计算机。
检查再生路段内的导向标志,确保导向标志明确。
(6)旧路面再生破碎拌和
冷再生段采用等厚法施工,按全路宽9m计算,考虑到半幅施工的搭接问题,所以在第一次半幅施工时,加宽50cm进行施工,利于另半幅冷再生的搭接施工。
冷再生机一次破碎宽度为2.5m,半幅路面以行进3次完成。
工作时,冷再生机需一辆洒水车紧跟作业,其余2~3辆洒水车配合保证拌和用水,拌和过程中按试验的最佳含水量控制加水,拌和行进速度7m/min~10m/min。
(7)再生层整形
半幅路段拌和完毕后,先用YZ14振动压路机稳压2~3遍后。
用平地机初步整平,测量人员根据设计纵断高程和横坡度,每10m为一断面分左中右3个点测出高程,按1.05-1.1的松铺系数,人工找出基准点,高程不足时及时调节富裕路段材料,高出段及时用平地机刮平。
通过旧路整形达到“调坡”、“调拱”的目的,且保证平整度满足设计要求。
要求整平精度要高。
确保平整度和纵断面高程、横坡度符合设计。
施工中。
按“宁刮勿补”的原则,严禁“薄层找补”。
若找补厚度过薄,找补前先将稳压后的局部低洼处用齿耙将表层5cm耙松,再行找补。
确保碾压成型一致,不起皮、不松散、无离析现象。
(8)再生层碾压
碾压遵循先轻后重,先慢后快的原则,先用YZ14振动压路机稳压一遍,YZ18振动压路机压四到五遍,三轮压路机静压两遍,20t轮胎压路机压两遍。
碾压时注意错轴宽度,并由路边向路中心依次碾压,终压之后;冷再生层应平整光滑,表面有水浆渗出,注意终压完成时间不能超过水泥终凝时间。
碾压完成后灌砂法测定压实度,保证密实度满足设计要求。
(9)再生层养生
碾压检测合格后及时洒水养生,养生期内中断所有交通,杜绝洒水车以外的任何车辆进入,养生期不少于7天,要使冷再生基层表面始终保持湿润,做到每天及时洒水,专人看管,可以用潮湿的帆布和其他合适的潮湿材料覆盖,也可用水车在冷再生层上直接淋水养护,确保再生层不因洒水养生不当产生损坏。
2. 5 施工质量控制
2.5.1水泥
为保证有充足的作业时间,水泥的选用可参照水泥稳定粒料中水泥的要求,即初凝时间不早于3h,终凝时间在6h以上为宜。
可采用普通硅酸盐水泥,也可采用硅渣硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥,尽量选择低标号的水泥。
2.5.2最佳含水量与压实度
混合料的最佳含水量和压实效果,直接影响再生后结构层的质量,为了更好控制质量,根据旧路面的实际情况,如沥青种类及厚度,基层的种类及厚度,平均弯沉值的大小等,对路段进行划分。
每个路段分别获取有代表性的样品,使其各项要求首先符合水稳材料要求,再进行配合比设计。
具体方法如下:
1)利用路面再生机,在每个路段选定位置上进行破碎干拌,取足够数量的样品。
2)测定所得样品的风干含水量,注意要选项用烘干法。
因为混合料中含有沥青,烘箱设定温度不能超过80℃。
3)将样品在铁板上摊开晾晒,风干后用四分法取代表性样品进行筛分试验,确定混合料的级配。
在级配不合理时须掺配集料,使其达到合理级配。
4)击实试验:
(1)按重型击实试验方法各路段至少准备5个击实试样,每个6.5kg,参照风干含水量并以间隔2%-3%递增含水量的方法,给击实试样加水,分别拌匀后闷料6h。
(2)在闷料后的试样中以内掺法加入3%、4%、5%、6%的水泥掺量并各取一组试样,依次拌匀后立即依次击实,从掺加水泥开始至击实结束不h通过击实各组获得5个含水量和相对应的干密度值。
(3)以干密度为纵坐标,含水量为横坐标,绘制干密度与含水量的关系曲线。
下图为高邮市八车公路K7+650–K9+250段冷再生击实试验干密度和含水量的对应曲线。
图3.5八车公路K7+650–K9+250段
冷再生击实试验干密度和含水量的对应曲线
根据确定的最佳含水量和每路段的实际含水量,调整冷再生加水量的大小,确保拌和后的混合料达到最佳今日量,既有利于压实,又能保证强度,利用灌砂法现场控制压实,有效指导压实,保障在短时间内使混合料达到要求的压实度。
2.6质量检测
由于冷再生基层属于新的结构形式,在《质量检验评定标准》中没有相应的检测项目和检测指标,施工过程中在收集和分析大量试验数据的基础上,提出了主要检测项目与检测方法:
2.7方案比较分析
表2.7方案比较分析表
方案一
方案二
方案三
路面
结构
20cm冷再生基层+沥青下封层+4cmAC-13沥青混凝土
8cm级配碎石垫层+18cm骨架型二灰碎石+沥青下封层+4cmAC-13沥青混凝土
土工格栅+16cm二灰碎石+土工格栅+16cm二灰碎石+沥青下封层+4cmAC-13沥青混凝土
造价
分析
79元/m2(冷再生基层160元/m3,下封层7元/m2,沥青砼面层1000元/m3)
123元/m2(基层洗刨100元/m3,级配碎石垫层150元/m3,二灰碎石基层190元/m3,下封层7元/m2,沥青砼面层1000元/m3)
176元/m2(基层洗刨100元/m3,土工格栅16元/m2,二灰碎石基层190元/m3,下封层7元/m2,沥青砼面层1000元/m3)
优点
造价低;
污染少;
施工迅速。
可部分消除路基反射裂缝;
有较为成功的养护案例,可靠性高。
可部分消除路基反射裂缝;
有较为成功的养护案例,可靠性高。
缺点
施工队伍较为难找;
路面再次形成较大裂缝的可能性不确定、风险大。
造价高;
施工工期长。
造价高;
施工工期长。
3结语
八车公路大中修实施通车后,经过两年多的观测表明,与采用传统旧路维修方法的同期施工的其它路段相比,冷再生基层路面路用性能良好,没有发现明显裂缝、沉陷等各种常见病害,表明此种技术是成功。
沥青路面冷再生基层施工在高邮市是首次使用,考虑到路面冷再生的节省能源、旧路材料利用充分等特殊优势,试验路段的成功施工对高邮市今后旧路维修改造具有积极的指导意义。
参考文献
[1]肖鹏陈洋洋.沥青路面再生技术研究与应用.2008扬州科技论坛公路分论坛交流论文,2-5
[2]交通部.《公路沥青路面再生技术规范》(JTGF41-2008),2
[3]宋力和.就地冷再生技术在旧路改造中的应用大连:
大连理工大学,2006
[4]佚名.就地冷再生技术应用概述中国工程机械品牌网.2009-03-23
[5]辽宁省公路局.沥青路面水泥稳定就地冷再生基层设计施工技术指南.2007.09
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