本文提到的就地冷再生技術(shù)方案基本解決了原有方案存在的種種弊端，舊料完全利用、標高抬升小、節(jié)約成本、質(zhì)量易控制、裂縫較少，目前已成為湖南省廣受歡迎的水泥混凝土路面大修首選方案。
湖南省按照國省道干線公路標準列養(yǎng)的水泥混凝土路面約有5000余公里，包括純水泥混凝土路面4000余公里，水泥混凝土路面“白+黑”直接加鋪瀝青罩面層和“白+水穩(wěn)+瀝青面層”等處置不徹底路段有1000余公里。未按國省道干線公路標準列養(yǎng)（即農(nóng)養(yǎng)干線公路）的水泥混凝土路面尚有約1.3萬公里，規(guī)模十分龐大。因此，做好水泥混凝土路面大修工作，是當前和今后較長時期內(nèi)，湖南省普通國省道干線公路養(yǎng)護的重要任務(wù)之一。
在長期的養(yǎng)護實踐中，湖南省公路管養(yǎng)部門借鑒國內(nèi)外經(jīng)驗，形成了一些使用較廣泛的技術(shù)方案。這些方案在不同的歷史時期都對湖南省國省道干線公路水泥混凝土路面大修發(fā)揮了重要歷史作用，但隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，這些技術(shù)方案越來越不適應(yīng)公路養(yǎng)護高質(zhì)量發(fā)展的需要。
近年來，在長沙理工大學(xué)的技術(shù)支持及國內(nèi)工程機械企業(yè)的配合下，湖南省在舊水泥混凝土路面的大修方面形成了獨具特色的全厚式移動破碎就地冷再生技術(shù)方案。
原有方案的不適應(yīng)性
根據(jù)《湖南省國省道干線公路大中修典型路面結(jié)構(gòu)方案庫》和《湖南省國“十四五”交通建設(shè)、養(yǎng)護投資政策》的要求，目前湖南省國省干線公路水泥混凝土路面大修典型技術(shù)方案，主要有碎石化加鋪、碎石化ATB和直接加鋪罩面3種。
碎石化加鋪方案
碎石化加鋪方案系將舊水泥路面碎石化后，加鋪“不低于30厘米新水穩(wěn)基層+封層+不低于15厘米瀝青下面層+不低于4厘米改性瀝青”的上面層。該方案在實踐中存在多種不適應(yīng)性。舊水泥混凝土路面經(jīng)過多錘頭碎石化后，僅作為新路面結(jié)構(gòu)的下基層或者墊層使用，良好的廢舊水泥路面材料沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。碎石化工藝本身存在較大的振動、噪音和揚塵污染，對沿線村鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)生活干擾較大。
同時，采用該方案后，路面標高抬升近40厘米，導(dǎo)致路面有效寬度不足、加大水溝深度、護欄難以設(shè)置、平交道口難以接順、施工工期較長，易造成公路管養(yǎng)部門與沿線村（居）民的矛盾。此外，該方案質(zhì)量難以控制。碎石化工藝是一種典型的隱蔽工程，難以有效地檢驗和評定效果，通過測量彎沉的傳統(tǒng)手段檢驗碎石化效果，在實踐中的效果并不理想。因而，路面易出現(xiàn)典型的反射裂縫病害，大大降低路面性能和使用壽命。
碎石化ATB方案
大粒徑瀝青碎石（ATB）方案通常采用共振碎石化取代多錘頭碎石化工藝，將舊水泥路面碎石化后，加鋪“不低于10厘米ATB瀝青碎石+不低于5厘米改性瀝青面層”。路面標高抬升幅度相較于碎石化加鋪方案有較大改善，但仍存在多種問題。
隱蔽工程的特性導(dǎo)致破碎效果檢測、控制的難題依然存在。適應(yīng)性受到限制，在板下基礎(chǔ)存在路基下沉、基層損壞嚴重、板底脫空、土路基上直接鋪筑水泥路面板情，或者水泥混凝土存在破碎板等病害時，共振缺乏反作用力，碎石化的效果大打折扣或者根本無法碎石化。
共振碎石化后，表面存在一層3厘米至5厘米的粉料層。工程實踐當中，噴灑乳化瀝青很難充分滲入，往往都是通過灑水碾壓，形成一層薄薄的板結(jié)層，給后續(xù)加鋪的柔性結(jié)構(gòu)層帶來了隱患（軟弱夾層）。
ATB結(jié)構(gòu)層本身含油量遠低于普通的AC結(jié)構(gòu)層，并且孔隙率大，一旦有水滲入，在動車荷載凍水壓力的反復(fù)沖刷下，易產(chǎn)生坑槽病害。
另外，共振碎石化后的結(jié)構(gòu)層并非一種長壽命結(jié)構(gòu)層，其耐久性和使用壽命有限，一旦損壞，下一輪大修還須重新處置這一結(jié)構(gòu)層，大大增加了大修的難度和造價。
直接加鋪罩面方案
直接加鋪罩面方案系將舊水泥路面病害處置后，采取防裂措施后加鋪“不低于5厘米瀝青下面層+不低于3厘米改性瀝青”的上面層。
盡管防止反射裂縫的各種工藝技術(shù)、材料層出不窮，但反射裂縫始終難以徹底解決，故該方案工程實踐中僅用于一些路面標高受限的特殊路段。
全厚式移動破碎就地冷再生技術(shù)方案
利用移動破碎設(shè)備，就地將舊水泥混凝土路面板全厚度破碎成具有一定級配的再生集料，或者通過添加適量的新集料后使再生集料的合成級配，滿足公路水泥穩(wěn)定碎石基層的級配要求，在添加再生劑（通常是水泥，也可根據(jù)需要摻配一定比例的其他膠結(jié)料）、活性劑（根據(jù)需要添加，改善再生結(jié)構(gòu)層的性能）、水之后，通過再生機就地拌和成水泥穩(wěn)定碎石混合料，經(jīng)初壓、整形、終壓、養(yǎng)生，一次性形成30厘米至40厘米厚的再生水泥穩(wěn)定碎石。其厚度根據(jù)下臥層結(jié)構(gòu)及交通軸載情況驗算獲得，但最小厚度一般不低于30厘米。該方案基本解決了現(xiàn)有其他方案存在的弊端，施工工藝較為成熟。
就地破碎
預(yù)破
利用路面破板機（俗稱“啄木鳥”）簡易破碎舊水泥混凝土路面板。只需在路面上鑿出小孔即可，以便于增加后續(xù)一破設(shè)備的附著力和破碎效率。在農(nóng)村公路水泥路面面層不厚、強度不高的情況下，也可不進行預(yù)破。預(yù)破孔距0.3米至0.5米左右，孔呈梅花型布置，不得縱橫成行成線，否則易導(dǎo)致后續(xù)破碎呈帶狀不均勻。為將炮錘對板下基層的影響降到最低，通常采用平頭錘而不是尖頭錘。為防止碎石飛濺并抑塵，建議在炮錘上加掛防濺塑料桶。
根據(jù)實踐經(jīng)驗，國省道干線公路一般建議采用330以上的大型挖掘機，掛直徑165毫米至175毫米的錘（平頭錘），作業(yè)效率每臺班機1200平方米至1500平方米，因此一個作業(yè)班組標準情況下需配備3臺至4臺。
預(yù)破在破碎作業(yè)前一天作業(yè)。預(yù)破后的作業(yè)面，及時用壓路機靜壓和振壓一遍，可供通勤車輛慢速通行，防止扎破輪胎。
一破
利用全厚式移動破碎機，對經(jīng)過預(yù)破的路面開展第一次全厚式移動破碎，形成10厘米左右的粗破碎料。
為了降低破碎機刀頭的損耗，抑制揚塵，破碎機前需推動一水車供水（兩輛水車輪換）。破碎機轉(zhuǎn)子幅寬2.3米（設(shè)備寬度3.1米），破碎速度為每分鐘2米至3米，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為每分鐘1800轉(zhuǎn)至1900轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與行車方向保持一致，類似銑刨，但優(yōu)于銑刨，避免了銑刨類設(shè)備針片狀含量高、設(shè)備損耗大、綜合作業(yè)效率低等缺陷。
通過電子泵噴水，精確控制含水量。破碎均是在罩殼內(nèi)完成，密閉空間有利于抑塵。普通混凝土路面設(shè)置的拉桿、傳力桿等少量鋼筋不影響破碎作業(yè)。
破碎厚度通過電子標尺精確控制，通常建議將下承層拉毛1厘米至2厘米，有利于再生基層與下承層的層間黏結(jié)。設(shè)備帶自動保護裝置，如未破碎到底，則設(shè)備不行走。
一破設(shè)備800馬力，自重37噸，自帶水5噸。刀頭更換可現(xiàn)場操作，1小時至2小時完成，每套刀頭可作業(yè)5000平方米至2萬平方米。根據(jù)路幅寬度、工期要求等，一般需配備兩至三臺設(shè)備。
一破效果
二破
利用全厚式移動破碎機，對經(jīng)過一破后的路面進行第二次全厚式移動破碎，形成符合水穩(wěn)基層要求的破碎料。
二破設(shè)備與一破設(shè)備性質(zhì)類似，只是轉(zhuǎn)子、刀頭、設(shè)備功率、轉(zhuǎn)速等存在差異，其功率520馬力、自重35噸，轉(zhuǎn)子幅寬2.3米，破碎速度每分鐘5米至6米，轉(zhuǎn)子方向與一破相反，刀頭略小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速每分鐘1800轉(zhuǎn)至1900轉(zhuǎn)。通常一個班組1臺設(shè)備，日均作業(yè)4000平方米至5000平方米。
二破設(shè)備通過“反擊破+搓揉”作用，可剝離粗集料表面的水泥砂漿，盡量保持原級配不變。由于其通常伴隨一破進行，刀頭與路面磨耗阻力遠小于一破，因此，一般無須水車供水。
二破效果
就地再生
撒布新集料、水泥、活性劑等之后，使用就地冷再生機完成再生拌和。
添加新料的數(shù)量和級配，綜合考慮設(shè)計厚度、級配范圍，通過篩分和計算得到?？梢圆捎枚逊椒椒?，通過挖機、鏟車和平地機鋪展。當需要添加多檔料時，可分檔添加。每檔料鋪設(shè)完成后，必須碾壓以免離析。有條件時，也可用專業(yè)的石料撒布車作業(yè)。
水泥和活性劑的撒布，須用專用的粉料撒布車，精確控制撒布量并保證均勻性。水泥用量通過配合比試驗確定，通常每平方米水泥用量不超過1千克。
含水量可通過擊實試驗確定，通常在8%至10%之間，遠高于傳統(tǒng)的新鋪水穩(wěn)基層含水量，通過再生機在電子閥精確控制含水量噴淋。再生拌和盡量選擇料倉比較大的再生機組，控制再生機行進速度為每分鐘4米至5米，最快不超過每分鐘6米，再生機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不超過每分鐘1800轉(zhuǎn)，目的是確保混合料充分拌和，從而保證混合料拌和均勻，并防止飛散離析。
再生拌和作業(yè)
碾壓成形、養(yǎng)生
再生基層一般在30厘米以上，已超出通常的傳統(tǒng)壓實厚度。因此，需采用較大噸位的壓實設(shè)備。實踐表明，采用“30噸羊足碾（26噸單鋼輪壓路機加裝附帶羊足塊的外包層）+26噸單鋼輪+30噸膠輪組合”可獲得較好的壓實效果。經(jīng)過大量的工程探索，常用的壓實組合為“羊足碾3遍+單鋼輪4遍+膠輪2遍+單鋼輪靜壓1遍”。其中，羊足碾碾壓為初壓，“單鋼輪+膠輪碾壓”為終壓。
初壓應(yīng)在再生拌和后立即開展，以防止再生混合料水分蒸發(fā)。初壓后使用平地機整形，整出符合設(shè)計要求的縱橫坡等，整平機手通過嚴格培訓(xùn)方可上崗。不可在再生拌和后直接整平再碾壓，否則可能影響平整度和壓實的均勻性。
在工程實踐中發(fā)現(xiàn)，就地冷再生基層往往在3天至4天齡期時具備較高強度，可達到通車條件。
就地冷再生技術(shù)的優(yōu)勢
就地冷再生技術(shù)方案將舊路面材料100%利用，而且再生后直接作為瀝青路面最重要的承重結(jié)構(gòu)層——基層，完全符合國家綠色低碳的新發(fā)展理念，也符合交通運輸部的路面廢舊材料必須100%循環(huán)利用的要求。
與湖南省此前普遍采用的水泥混凝土路面大修技術(shù)方案相比較，該方案具有顯著的比較優(yōu)勢。
舊水泥混凝土路面板破碎徹底，而且所有過程均實現(xiàn)了可視化，徹底消除了傳統(tǒng)碎石化隱蔽工程的弊端，徹底消除了碎石化不徹底、難以有效檢驗其效果、工后產(chǎn)生反射裂縫等諸多弊端。破碎整平同步完成，再生集料均勻性好，避免了先破碎再整平這種施工方式下容易產(chǎn)生的嚴重離析現(xiàn)象。
大量的實體工程驗收表明，3天至4天能取出完整的再生基層芯樣，芯樣普遍密實、光滑、粗細顆粒上下分布均勻；無側(cè)限抗壓強度通常平均值4兆帕至7兆帕，強度滿足要求；基層頂面代表彎沉值通常不超10（0.01毫米）；開裂情況相較于同期鋪筑的新鋪水穩(wěn)基層減少約50%；平整度相較于新鋪水穩(wěn)基層略低，但滿足規(guī)范要求。
路面標高抬升幅度相較于傳統(tǒng)的碎石化加鋪方案下降約三分之二（跟板厚有關(guān)），大大降低了因標高抬升幅度過大而帶來一系列問題。施工作業(yè)振動小、噪音小、揚塵少，對沿線房屋建筑、橋涵構(gòu)造物、板下基層等損害幾乎沒有，對沿線學(xué)校、村鎮(zhèn)居民的正常生產(chǎn)生活影響較小。
該方案完全滿足國省道干線公路養(yǎng)護施工邊施工邊通車的基本要求，將所有作業(yè)工序和作業(yè)面略微壓實，可供通勤車輛正常通行，可以滿足過往交通單幅雙向間斷通行的要求。造價降低，與同厚度新鋪水穩(wěn)基層相比較，節(jié)省造價15%至30%（跟碎石等地材價格有關(guān)）。作業(yè)效率高，每日每臺班可完成3000平方米至4000平方米，相較于碎石化加鋪技術(shù)方案，縮短工期約四分之一至三分之一。
再生水穩(wěn)基層強度較高，且裂縫數(shù)量遠低于普通新鋪水穩(wěn)基層。水泥混凝土路面再生成水穩(wěn)基層后，下一輪大修時可對水穩(wěn)基層再生循環(huán)利用，大大降低了路面全壽命周期的養(yǎng)護成本，具有顯著的社會經(jīng)濟效益。
湖南應(yīng)用情況
自2019年以來，湖南省開展了水泥混凝土路面移動破碎就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究。技術(shù)支持單位長沙理工大學(xué)聯(lián)合設(shè)備研發(fā)企業(yè)、科研院所及公路管養(yǎng)單位提交申報，并獲批2022年湖南省交通運輸廳科技進步與創(chuàng)新計劃項目“舊水泥混凝土路面全厚度移動破碎就地冷再生利用成套技術(shù)研究”。
在該項目研究中，結(jié)合工程實踐中的情況反饋，不斷改進設(shè)備和工藝，使該技術(shù)日臻完善。湖南省公路事務(wù)中心和各地市州組織各類施工現(xiàn)場觀摩與交流學(xué)習(xí)培訓(xùn)活動20余場次，反響熱烈。湖北、安徽、廣西、四川、江西等地公路管養(yǎng)部門也相繼組織人員赴湖南交流學(xué)習(xí)。
2022年，湖南省7個地市州采用該項新工藝技術(shù)，累計實施96.5公里水泥路面大修，實施面積達99.5萬平方米。2023年，湖南省13個地市州采用該項新工藝技術(shù)，累計實施170公里水泥路面大修，實施面積達150萬平方米。該項新工藝技術(shù)已經(jīng)成為湖南省普通國省干線公路水泥路面大修和農(nóng)養(yǎng)干線公路路面改善工程的首選方案，受到全省基層管養(yǎng)部門的普遍認可。2023年，交通部運輸批復(fù)湖南省“國省干線公路養(yǎng)護科學(xué)決策與技術(shù)應(yīng)用交通強國建設(shè)試點任務(wù)”，其中，水泥路面再生利用為公路養(yǎng)護低碳長效耐久技術(shù)推廣應(yīng)用試點任務(wù)之一。
來源 / 《中國公路》 2024年第4期
作者 / 甘先永(文/圖) 巨鎖基(文/圖) 長沙理工大學(xué)公路養(yǎng)護技術(shù)國家工程研究中心
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