摘要: 结合S122句容北环段大修工程的设计、施工情况, 对旧水泥路面改造为沥青路面中二灰碎石冷再生的应用作一系统介绍, 可为旧路改造收集资料, 并为二灰碎石冷再生的应用积累经验。
关键词: 二灰碎石; 冷再生; 旧水泥路面; 改造; 沥青路面
中图分类号: U416.26 文献标识码: B 文章编号: 1002- 4786( 2006) 12- 0084- 03
0 前言
S122句容北环段位于句容市城区北段, 路线全长为5.0km, 其中水泥路面长3.65km, 1996年建成通车, 技术标准为参照一级公路标准的城市主干道, 路基宽38m, 分隔带宽2×2.0m, 绿化带宽2×5.0m, 机动车道为宽14.0m的水泥混凝土路面, 非机动车道为宽2×5.0m的沥青混凝土路面。由于2004年初312国道、沪宁高速公路的扩容改造, 大量交通转向S122, 导致交通量骤增。2004年1~7月的交通量为7 681辆/日, 2004年8~9月的交通量为11 259辆/日, 且通行的车辆多为重载货车。由于交通量的日益增长, 加之原设计标准偏低和施工缺陷等原因,水泥混凝土路面损坏较为严重, 已不能满足交通量和交通运输的需求, 也不能保证干线公路经常处于良好的运营状态, 因此对该路段主车道进行改造势在必行。
1 旧水泥混凝土路面状况评定
1.1 原水泥混凝土路面结构设计情况
该路路面结构设计采用刚性路面( 即水泥混凝土路面) , 按重型交通设计, 路面设计使用年限为30年, 设计使用年限内一条车道标准轴载累计作用次数为140万次/日, 设计弯拉强度为5.0MPa。路面结构为: 24cm水泥混凝土路面+1cm封层+15cm二灰碎石+15cm12%石灰土+15cm8%石灰土。
1.2 主要养护情况
由于交通量的日益增长, 路面损坏较为严重, 近几年对部分路段的水泥板进行了维修, 于2003年更换了7 105m2破碎的水泥混凝土板块, 2004年更换了537m2破碎的水泥混凝土板块。
1.3 路面取芯调查
为了更好地了解老路下部基层状况, 采用取芯法观察老路的面层厚度和完整性、基层整体性状况、层间连续状况、成型情况, 全线共取芯20处,分别位于路面状况较好、一般和较差的位置。通过对抽取芯样的分析, 可初步得出以下结论:
a) 水泥混凝土面层芯样基本完整, 一般成型厚度为23cm~27cm, 成型较好;
b) 基层为二灰碎石, 取芯时绝大部分芯样未能取出, 同时绝大部分芯样均有不同程度的松散现象, 表明基层成型较差, 状况较差;
c) 底基层为石灰土, 取芯时所有芯样未能取出, 同时大部分芯样顶部松散现象比较严重, 表明底基层不成型, 状况较差。
1.4 水泥混凝土路面状况调查
该段共有板块2 895块, 其中断板554块、错台87块、边角剥落341块、表面裂纹与层状剥落82块、坑洞90块等。按照《公路养护技术规范》的计算方法, 路面状况指数PCI为49.96, 属“差”; 断板率DBL为19.0%, 属“差”。
通过以上对老路面使用状况的综合评定, 路面的总体强度与破损状况总体评价均为“差”, 根据《公路水泥混凝土路面养护技术规范》, 该段路面应采取大修改造。
2 设计方案比选
由于现有的水泥混凝土板块损坏较为严重, 对老水泥混凝土板块修补处理的工程量比较大, 不宜采纳; 如采取在修补处理的水泥混凝土板块上进行补强设计, 老路高程需抬高29cm, 容易造成道路两侧建筑物室内地台高度比道路低, 且因本次不改造非机动车道, 机动车道与非机动车道顺接困难, 故此方案是不现实的, 因此本次设计对老水泥混凝土板块不作利用。下面重新提出三个方案, 并对其作一比较。
2.1 方案介绍
方案一: 按照常规进行设计, 将老水泥混凝土板块凿除, 对老路面的基层进行弯沉测量后, 确定补强结构层厚度。钻芯资料表明: 老路基层二灰碎石成型较差, 底基层灰土基本不成型。考虑将老水泥混凝土板块凿除, 经过计算, 拟定的路面结构为4cm厚AC- 13细粒式沥青混凝土、5cm厚AC- 16中粒式沥青混凝土、30cm水泥稳定碎石。
方案二: 将老水泥混凝土板块凿除, 采用二灰碎石冷再生新技术。经过计算, 拟定的路面结构为4cm厚AC- 13细粒式沥青混凝土、5cm厚AC- 16中粒式沥青混凝土、20cm水泥稳定碎石、15cm厚二灰碎石冷再生。
方案三: 采用MHB对老水泥混凝土路面进行碎石化处理, 然后在其上加铺三层沥青混凝土面层。经过计算, 拟定的路面结构为4cm厚AC- 13细粒式沥青混凝土、5cm厚AC- 16中粒式沥青混凝土、6cm厚AC- 20中粒式沥青混凝土。
2.2 方案比选
方案一是常规做法, 在江苏省有成功的经验,施工简单, 但需将老路抬高11cm, 造价较高, 约为854万元;
方案二采用了二灰碎石冷再生的新技术、新工艺, 国内已有成功的经验, 虽还没有相应的技术规范, 但可以参照现有规范执行, 且只需将老路抬高3cm, 便于与非机动车道顺接, 造价约为762万元;方案三也采用了新技术、新工艺, 国内也还没有相应的技术规范, 但也有成功的经验, 需将老路抬高15cm, 造价约为697万元。
经综合比较, 方案二基本保持了原路的高程,有利于机动车道与非机动车道的顺接; 能够节约大量的原材料, 节省工程投资, 同时有利于废料处理, 保护环境, 因而具有显著的经济效益、环境效益和社会效益, 故本工程决定采用方案二。
3 二灰碎石冷再生设计原理及施工方法
3.1 冷再生原理
二灰碎石的冷再生是充分利用旧的二灰碎石基层材料, 根据需要加入部分粗骨料, 并按比例加入一定量的稳定剂( 水泥、水、或水泥稀浆) , 在自然条件下连续地完成材料的铣刨、破碎、拌和、摊铺及压实成型, 重新修筑出所需性能和质量要求的新铺结构层。
冷再生可分现场冷再生和厂拌法冷再生两种施工工艺。现场冷再生是利用专门的路面冷再生设备连续地完成冷再生的作业过程; 厂拌法冷再生则是把铣刨后的材料集中运至拌和场进行拌和, 再进行摊铺、碾压的冷再生作业过程。
由于该路旧路面底基层石灰土状况较差, 弯沉较大的地方需进行补强处理, 所以该工程采用厂拌法冷再生施工工艺。
3.2 厂拌法冷再生施工工艺
3.2.1 确定水泥掺入量
冷再生施工前必须进行原二灰碎石结构层材料分析, 对原有的二灰碎石进行级配试验, 如细骨料过多, 需适当加入粗骨料重新确定配比; 再经过试验室混合料的强度试验, 选取合适的水泥剂量及最佳含水量, 合理的冷再生结构组成必须达到强度要求, 且具有较小的温缩和干缩系数。经过试验配比确定本工程水泥掺入量为4.2%, 最佳含水量为7.5%。
3.2.2 再生料的拌和
铣刨旧二灰碎石层, 运至拌和场, 将水泥与被铣刨下来的旧混合料按配合比经拌和机拌和。
3.2.3 处治底基层病害
旧二灰碎石结构层铣刨后, 对原灰土底基层进行弯沉测量, 弯沉达不到要求的需进行补强处理。
3.2.4 再生料的摊铺、碾压
尽快将拌成的再生料运至铺筑现场, 摊铺前应将灰土层适当洒水湿润, 摊铺机应连续摊铺, 禁止摊铺机停机待料, 摊铺速度一般控制在1m/min左右, 在摊铺机后面应设专人消除细集料离析现象;碾压工作必须在水泥的初凝之前完成, 每台摊铺机后面, 应紧跟三轮或双钢轮压路机、振动压路机和轮胎压路机进行碾压, 碾压过程中, 要经常检查混合料的含水量和压实度, 并视需要采取相应的调整措施, 以达到符合规定压实度的要求。
3.2.5 养生
压实结束后, 二灰碎石冷再生的养生是十分重要的一个环节。养生期间的湿度及龄期对再生的强度影响相当大, 在混合料形成初期应进行保湿养生, 以保证水泥进行水化反应所需水分。养生期不应少于7d, 养生期间还应采取封锁交通的处理措施, 除洒水车外其他车辆禁止通行, 特别要严禁重型车辆通行。
我们在施工过程中, 除采取了封锁交通的措施之外, 还专门购进了毛毡进行覆盖养生, 这样既保证了混合料初期形成强度所需要的外界条件, 又保证了其内在的质量。
4 二灰碎石冷再生的质量检测
二灰碎石冷再生工艺在国内虽已有成功的经验, 但还没有相应的技术规范和标准。根据施工现场的工艺操作情况, 结合二灰稳定碎石底基层检测规范要求, 并考虑到试验检测方法的可行性和通用性, 拟定冷再生施工中的质量控制检测指标为7d无侧限抗压强度、压实度与弯沉值。
S122句容北环段冷再生底基层施工结束后, 对冷再生结构层进行了龄期7d的钻芯取样, 结果显示芯样完整。其无侧限抗压强度、压实度及弯沉检测结果见表1、表2、表3。
从检测结果看, 二灰碎石冷再生后的强度、压实度、弯沉指标均满足设计要求。
5 二灰碎石冷再生技术的优点
a) 降低了施工成本, 与传统施工工艺相比, 每平米造价水平降低12%;
b) 有利于废料处理, 保护环境, 节约资源, 避免山石被开采过多;
c) 能提高原二灰碎石结构层强度, 并使弯沉值减至原来的50%~60%;
d) 保持了原路面的几何特性;
e) 工艺简单, 能缩短工期, 有利于交通管制。
6 结语
由于二灰碎石冷再生技术在该路中的应用, 基本保持了老路的几何线形, 节约了大量的建设资金,缩短了工期, 减少了资源的浪费和环境的破坏, 具有巨大的经济效益、环境效益和社会效益。不过目前该技术在我国还处于试验推广阶段, 在强调可持续发展的今天, 进一步加强研究二灰碎石冷再生技术, 对我国公路的建设发展具有特别重要的意义。
参考文献
[1] JTJ 34- 2000, 公路路面基层施工技术规范[S].
[2] JTJ 073.1- 2000, 公路水泥混凝土路面养护技术规范[S].
[3] JTJ 014- 97, 公路沥青路面设计规范[S].
