冷再生技术在公路大修中的应用及其技术效益

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冷再生技术在公路大修中的应用及其技术效益

山东茂隆新材料 2020-11-24 1082


我国公路建设事业迅速发展,道路通车里程逐年增加,在大自然和行车的作用下,特别是近年来超载愈演愈烈,加速了道路的各种病害,大大缩短了维修养护的间隔时间,道路养护、改造任务也越来越重。以往传统的养护方法在旧路面破损、基层强度不足,需补强改善时,是将旧沥青路面和旧结构层全部挖除,然后再重新做基层和面层,这样不仅工程造价较高、施工工期较长、污染环境、并且需要长时间中断交通,给行使车辆和行人的通行带来极大的不便。为解决现有传统养护改建施工中存在的实际问题,国内外同行经过多年的研究实践,使公路养护改建工作发生了重大变革,摒弃了传统工艺,采用先进的就地冷再生技术,为公路改扩建及日常养护工作开辟了一个新的领域。

  1 基层现场冷再生技术原理

  冷再生技术是采用一次性粉碎法,将路面混合料在原路面上就地铣刨、翻挖、破碎,再掺人一定数量、符合标准的再生剂、水泥、水(或加入乳化沥青)和骨料,按设定的厚度,用冷再生机进行处理后,经整形、碾压和后期养生,使其达到设计路基结构层技术要求的一种施工工艺。国外应用实践证明,基层再生技术是公路建设和养护可持续发展的重要组成部分,在我国同样具有重要的现实意义。

  2 工程概况

  老郑龙路改造工程位于衡水市,起于故城县城,止于景县龙华镇路线长13.5km。项目的路面结构中下面层采用沥青冷再生技术。路面结构为:5cmAC-16C细粒式改性沥青混凝土面层、18cm冷再生中下面层,基层直接利用旧路基层。而在施工图设计阶段,路面结构为传统工艺,即将旧沥青混合料废弃掉,重新铺筑新的路面;后来经设计变更,改为采用水泥现场冷再生技术,结构层也作了改变。

  3 施工准备

  3.1 旧路结构状况调查

  沥青混凝土旧路路面冷再生是利用旧路沥青混凝土及上基层(石灰土)经破碎加入水泥均匀拌和,在最佳含水量条件下碾压获得的半刚性结构。[1]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。[2]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。[3]对旧路结构材料进行土质分析后,确定添加剂为32.5级路用普通硅酸盐水泥。

  3.2 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。

  3.3 材料要求

  (1)经破碎旧路面沥青混凝土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。

  (2)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,建议采用缓凝“大

沥青麻絮是将麻絮和有本公司的技术人员研发的一款具有防腐性沥青为主要材料的添加剂里面的一款产品。沥青及添加剂加热溶解后与麻絮混合拌和均匀,作为道路结构物沉降缝、伸缩缝的填缝材料。主要用于作道路结构物沉降缝、伸缩缝的填缝材料等工程的建设。本产品施工非常方便,替代了原有的麻烦施工方法。我们一般是桶装的,只需要采购后,取出来就可以使用。主要起防水、防杂物进入沉降缝内的作用,在填塞过程中,应填塞密实、牢固,在材料选用上,要选用优质合格的材料,麻絮为新的未变质的麻絮。

坝牌”水泥。

  (3)水采用不含有害物质的水或饮用水。

  3.4 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。

  4 施工方案与施工工艺

  就我国北方地区道路结构来讲,以水泥作为添加料对沥青混凝土路面进行就地冷再生是最常用的一种方案,水泥的通常用量按重量计在3%~7%之间比较合适。

  冷再生为新工艺,施工经验相对较少,为确保工程质量,先期进行了300米的试验路段,通过旧路材料筛分、击实试验,确定各项参数指标,最后明确其主要施工工艺如下:

  4.1 旧路面破碎拌和

  旧路面再生采用Wirtgen2500冷拌再生机,该机最大工作宽度为250cm,最大拌和深度40cm,能保证连续拌和,具有很高的生产率,能精确控制铺筑厚度。工作深度一旦确定,则转子的切削深度将由传感器及控制系统保证,从而获得精确的冷再生厚度;可半封闭施工,改善交通中断状况及施工安全。为避免出现条梗,相邻两幅重叠20cm~30cm。工作时,冷再生机需一辆洒水车搭配保证拌和用水,拌和过程按10%含水量加水,随拌随检查含水量,拌和行进速度8m~0m/min,有专人随时跟机检测拌和深度,确保拌合料含水量及拌合层厚度。破碎拌和后,经筛分大颗粒内如颗粒团过多,可用再生机或路拌机加拌一次,水分不足路段,加拌前及时补洒水,保证再生混合料的稳定性。

  4.2 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。

  4.3 破碎后的旧路整形

  整幅路段拌和完成后,用平地机初步整平,再用震动压路机稳压二遍,测量人员根据设计纵断高程和横坡度,每10米为一断面分左中右及1/4处五个点测出高程,按1.33的松铺系数,人工找出基准点,相邻两个点用石灰连成线,高程不足时及时用平地机刮平。通过旧路整形达到“调坡”、“调拱”的目的,且保证平整度。

  4.4 施工工艺与注意事项

  摊铺水泥采用方格网法,水泥剂量按4%控制,为25t/1000m。具体操作方法是根据冷再生层的宽度,确定摆放水泥的行数和间距,划出方格网,人丁摊匀水泥。

  冷再生机对原路面进行旧路材料和水泥充分加水拌和,有关试验人员应立即现场检测含水量,使冷再生的含水量比最佳含水量高出1%~2%,以满足水泥水化作用的需要,同时弥补碾压过程中含水量的损失。拌和时再生机行走速度控制在6m/min。水车在冷再生机前面用水带与之相连并同步进行,为冷再生机加水。水车与冷再生机连接拆卸与安装选在每一施工段起点进行。

  冷再生混合料拌和均匀后,用YZ14振动压路机排压一遍,速度控制在3km/h。排压过程中若发现含水量不均匀或不平处,应将补料连同其下层混合料一起翻松10em,刮平后再压实,经过排压之后,用平地机按设计高程整平至符合设计标准。

  (1)碾压组合: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。

  (2)施工时间控制:试验段施工过程中冷再生机平均速变为6m/min。施工过程中应尽量减少无故停机时间和刮平时间,确保总体上每一段落施工时间在4.5小时以内。

  (3)养生:碾压成形四小时后(视气温情况),可以用潮湿的帆布和其他合适的潮湿材料覆盖。在整个养生期间,都应保持覆盖材料处于潮湿状态。也可用水车在冷再生层上直接淋水养护。在七天内禁止放行交通,全天候养生,始终保持表面湿润。

  5 质量控制与检测

  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[2-3],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:

  5.1 铣刨深度:再生机行进过程中,通过计算机按照设计深度进行铣刨,根据不同路况人工随时量取铣刨深度,看是否满足要求;

  5.2 横坡、纵断高程:初压后,利用水准仪按松铺2cm、每20米测1个断面(3个点)控制平地机工作,横坡偏差为±0.3%,中线高程偏差+5、-10mm;

  5.3 压实度:终压完毕后,用灌砂法按《公路工程质量评定标准》附录B检查,一般每100米1处;

  5.4 平整度:终压完毕后,采用三米直尺每100米随机量测一处10尺,允许偏差≤8mm;

  5.5 七天无侧限抗压强度:水泥及水的计量通过水泥稀浆车计算机控制。每工作班制备1组试件,试件六天洒水养生,一天浸水养生,测定抗压强度。一般强度可达2.8~3.1MPa(按水泥添加剂5.0%计量);

  5.6 弯沉值:半刚性基层施工完毕、不间断洒水养生七天后,采用贝克曼梁法对行车道和超车道按每20米一点进行测量。再生后弯沉值一般可比原路面提高60%左右。

  6 社会经济效益分析

  原设计方案是将旧沥青混凝土路面和基层全部挖除,然后再重新做基层和面层。这种技术方案不仅造价高,工期长,会产生大量铣刨材料,浪费资源,污染环境,而且需长时间中断交通,社会影响差。

  实施方案中采用水泥现场冷再生技术,该技术是利用公路原路基做基层,将旧沥青砼路面按方格人工摊铺水泥,经过冷再生工艺后作为路面的中下面层,然后再铺沥青砼上面层。该技术不仅可以很好地解决原路段的病害,使其在功能上得到恢复,结构上得到补强,而且公路旧料全部得到利用,减少了资源的过度消耗,降低了造价,同时对交通干扰也小。

  6.1 方案费用

  6.1.1 路面结构形式

  原设计方案:挖除、弃运旧沥青路面,4cmAK-13C细粒式改性沥青混凝土上面层,6cmAC-20I中粒式沥青混凝土中面层,6cmAC-25I粗粒式沥青混凝土下面层,32cm 水泥稳定碎石基层,18cm 水泥稳定碎石底基层。实施方案:5cmAC-16C细粒式沥青混凝土上面层,18cm冷再生中下面层(含铣刨、摊铺、碾压),沥青下封层,基层为原路面基层直接利用,不需处理。

  6.1.2 费用对比

  原设计方案细目名称费用:挖除、弃运旧沥青路面:45 761元

  4cmAK-13C细粒式改性沥青砼上面层:396 532元

  6cmAC-20I中粒式沥青砼中面层:353 280元

  6cmAC-25I粗粒式沥青砼下面层:308 674元

  32cm 水泥稳定碎石基层:496 873元

  18cm 水泥稳定碎石底基层:250 841元

  合计:1 851 961元

  实施方案细目名称费用:

  5cmAC-16C细粒式沥青砼上面层:419 143元

  18cm水泥冷再生中下面层:354 954元

  沥青下封层:107 272元

  合计:881 369元

  由以上方案费用对比表可清晰反映,实施方案由于直接利用旧路基层、底基层,既减少了挖除和运输旧路废料的费用,也无需花费重新铺基层、底基层的费用,冷再生作中下面层,含铣刨、摊铺、碾压一系列费用,再在其上加一层5cm细粒式沥青砼上面层做罩面即可开放交通,工序简单,费用节省近50%,其经济性是非常具有吸引力的。

  7 环境保护

  公路事业的迅猛发展,也使各种天然筑路材料已日渐匮乏,而且在过量的开采筑路材料的同时,我们的生态环境也遭到了严重的破坏。对于城市道路维修,其清除的旧路材料也同样严重的影响了周围的环境,所以充分利用旧路材料进行旧路维修,是一种在保护环境的前提下,又大量地节约了工程费用。

  综上所述,冷再生作为一种新兴的施工技术,在我国公路事业飞速发展的今天,将会以其独特的施工工艺、特点、牢固立足于公路施工工艺的竞争行列之中。与传统筑路方法相比,“就地冷再生技术”可缩短工期、提高作业效率,完全利用废旧材料,大大节省施工成本,对交通的干扰最小。老郑龙路冷再生新技术为旧路更新改造探索了新途径,积累了新经验。


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