牛丹潔

(許昌市公路管理局 許昌 461000)

目前，我國大量公路路齡達到大修年限，傳統(tǒng)大修改造方法造成大量的翻挖、銑刨材料被廢棄，一方面造成環(huán)境污染，另一方面也是資源的極大浪費，因此，對舊路面材料的再利用已成為道路建設(shè)者必須考慮的問題。

本文依托國道311線許襄快速通道大修工程路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，探討如何解決材料再生利用問題，尋找一個合理、優(yōu)化、環(huán)保、節(jié)能的組合設(shè)計。

1 項目基本信息

1.1 項目概況

國道311線襄城界至庫莊段大修工程全長13.384 km，原道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為設(shè)計車速80 km/h的二級公路。道路采用瀝青混凝土路面，路基寬30 m，主路面寬25 m，雙向6車道。受資金限制，本次大修維持原有線形及技術(shù)指標(biāo)，僅對原路病害進行處治，以恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)強度。

1.2 原路概況

大修路段于1996年建成，2011年進行了大修改造，建成后由平頂山路勁許南公路開發(fā)有限公司養(yǎng)護，原路面結(jié)構(gòu)如下。

面層。3 cm細(xì)粒式瀝青混凝土+4 cm中粒式瀝青混凝土。

基層。18 cm水泥穩(wěn)定碎石+24 cm厚冷再生層。

底基層。15 cm厚石灰土。

墊層。15 cm厚石灰土。

該路段原為收費經(jīng)營性路段，路面結(jié)構(gòu)基層僅為一層18 cm厚水泥穩(wěn)定碎石，重載車道承載嚴(yán)重不足，在大修前該路段交通量為37 274輛/d(交通當(dāng)量)，其中拖掛、特大貨、集裝箱為20 072輛/d(自然數(shù))，道路長期超負(fù)荷，坑槽、沉陷連片，加之近年來環(huán)保工作要求，經(jīng)常灑水沖刷路面，路面長期浸水損害，再經(jīng)重載交通的反復(fù)碾壓后，縱橫坡受損，路面喪失排水功能，積水直接進入基層，路基長期遭受浸泡。

2 大修改造方案的設(shè)計思路

該條道路的路面技術(shù)狀況區(qū)別較大，道路通行狀態(tài)特征明顯。重車方向(即下行方向)路面損壞嚴(yán)重，且多由重載交通超載碾壓及長期路面浸水造成，局部路基呈現(xiàn)飽和，坑槽、沉陷嚴(yán)重；輕車方向(即上行方向)路面技術(shù)狀況略好，主要為面層、基層病害，濕軟路基較少，但不排除施工期間因單幅通行造成的病害加劇；部分外側(cè)車道交通量小，路面病害輕微，基層部分尚好。

結(jié)合上述情況，本次大修改造對原路病害處治主要分為5個部分:軟基處理、基層和底基層冷再生利用、水泥穩(wěn)定碎石補強層、封層和透層、面層恢復(fù)。

1) 軟基處理。通過軟基處理，對原路面遭受浸泡的飽和石灰土底基層進行處置，局部墊層換填，提高路基的穩(wěn)定性，防止路基的不均勻沉陷。

2) 基層、底基層冷再生。通過實驗盡量采用水泥冷再生技術(shù)對原路灰土底基層及水泥穩(wěn)定碎石基層進行再生利用，作為新路面結(jié)構(gòu)下承層，增強道路承載能力，節(jié)約建設(shè)成本，減少環(huán)境污染。

3) 水泥穩(wěn)定碎石補強層。對原路基層強度不足現(xiàn)象采用水泥穩(wěn)定碎石進行補強。

4) 透層、封層：水泥穩(wěn)定碎石基層上通過粘結(jié)透層、封層保障瀝青混凝土面層與碎石基層緊密結(jié)合，防治路面積水下滲。

5) 面層。通過鋪筑改性瀝青面層，提高路面防水，同時提供舒適、安全、耐久的行駛平面。

3 大修改造方案

3.1 設(shè)計方案

根據(jù)JTG D50-2006 《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸載采用100 kN的雙輪組單軸載，二級公路瀝青混凝土路面設(shè)計年限為12年，設(shè)計使用年限內(nèi)1個車道上的累計當(dāng)量軸次為3.13×107，路表設(shè)計彎沉值為 20.9(0.01 mm)。公路自然區(qū)劃分為II5區(qū)，土工實驗土質(zhì)多為低液限黏土。綜合經(jīng)濟、環(huán)保因素，根據(jù)需要對所修路段路面結(jié)構(gòu)進行分類[1]。

1) 重車方向(即下行方向)設(shè)計將原路結(jié)構(gòu)層挖除，再向下深挖40 cm，利用原路結(jié)構(gòu)層廢料進行換填，重新鋪筑底基層，利用雙層水泥穩(wěn)定碎石提高承載能力，乳化瀝青透層提高碎石整體性，減少水穩(wěn)碎石反射裂縫，同時采用碎石封層封堵面層水下滲，改性瀝青面層提高面層高溫、水穩(wěn)定性，增加面層厚度,具體路面結(jié)構(gòu)見表1。

表1 重車方向設(shè)計方案

2) 輕車方向(即上行方向)設(shè)計將原路結(jié)構(gòu)層挖除，就地鋪筑冷再生底基層改善穩(wěn)定性，水泥廠拌冷再生進行基層換填以達廢料再利用目的，通過水泥穩(wěn)定碎石補強提高承載能力，乳化瀝青透層提高碎石整體性，減少水穩(wěn)碎石反射裂縫，同時采用碎石封層封堵面層水下滲，改性瀝青面層提高面層高溫、水穩(wěn)定性，增加面層厚度。具體路面結(jié)構(gòu)見表2。

表2 輕車方向設(shè)計方案表

3) 部分外側(cè)車道設(shè)計將原路面層挖除后，對原有基層水泥穩(wěn)定碎石進行了就地冷再生循環(huán)利用，鋪筑水泥穩(wěn)定碎石補強并調(diào)平，乳化瀝青透層可提高碎石整體性，減少水穩(wěn)碎石反射裂縫，同步碎石封層封堵面層水下滲，改性瀝青面層可提高面層高溫、水穩(wěn)定性，增加面層厚度。具體路面結(jié)構(gòu)見表3。

表3 外車車道設(shè)計方案表

3.2 結(jié)構(gòu)層設(shè)計

3.2.1瀝青混凝土面層

瀝青混凝土面層主要起表面保護作用，提供平整、抗滑的路面使用性能，舒適、安全的行車性能，密水、抗變形的結(jié)構(gòu)性能。根據(jù)JTG D50-2006 《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)要求，半剛性基層瀝青路面，二級公路瀝青層厚度宜為60～12 mm，根據(jù)許襄快速通道的實際情況，瀝青面層厚度采取9 cm，以保證預(yù)期使用性能和使用壽命。

許襄快速通道超載車輛多，按照交通繁重、重載車輛較多的公路進行設(shè)計，瀝青面層宜選用改性瀝青，考慮日后大氣污染防治處理措施會使路面經(jīng)常潮濕，上面層應(yīng)具有密水、抗滑、耐久等性能，同時為保持行車舒適性，宜采用表面功能較好的AC-13C結(jié)構(gòu)，設(shè)計4 cm厚的SBS防水改性瀝青材料。下面層主要考慮高溫抗車轍及泌水要求，設(shè)計5cm厚的AC-16C的SBS防水、熱塑性橡膠類抗車轍改性瀝青材料。上、下面層之間設(shè)改性乳化瀝青黏層，以加強層間結(jié)合[2]。

因原路面病害嚴(yán)重，沉陷較多，半幅通行后部分路段幾近斷行，為保障通行能力，原道路瀝青混凝土面層銑刨料用于半幅通行時的臨時襯墊。

3.2.2橡膠瀝青同步碎石封層

項目運營后受大氣污染防治因素影響，必然導(dǎo)致面層瀝青混合料因沖刷造成空隙率增大，面層向下滲水的病害，采用橡膠瀝青同步碎石做下封層，可防止水分滲入基層，達到保護基層的目的，同時將其鋪設(shè)于基層面上，可防止基層溫縮和干縮裂縫反射到路面，從而增強抗裂性能。

3.2.3乳化瀝青透層油

透層油的作用：①填補基層表面的細(xì)小縫隙，透層油中含有一定量的瀝青，下滲后具有填隙的作用；②固結(jié)基層表面松散，基層表面細(xì)集料松散不可避免，且不能消除，透層油中的瀝青具有固結(jié)作用；③提高基層表面強度和整體性，基層表面是其整體強度的薄弱環(huán)節(jié)，透層油對其具有良好的彌補作用；④增加基層和面層的聯(lián)接，設(shè)計透層油能夠增強半剛性基層和瀝青層面之間的結(jié)合作用，使其層間的結(jié)合盡可能接近完全連續(xù)狀態(tài)。

因此，乳化瀝青透層油不僅具有環(huán)保、防止?jié)B透的優(yōu)點，還可發(fā)揮對基層的固結(jié)、穩(wěn)定、聯(lián)接、防水的作用。

3.2.4水泥穩(wěn)定碎石基層

該層的主要作用是補強和調(diào)平，結(jié)合工程規(guī)模、投資、進度要求以及管理等方面因素，設(shè)計采用水泥穩(wěn)定碎石，強嵌擠骨架密實型結(jié)構(gòu)，按照DB 41/T864-2013 《公路水泥穩(wěn)定碎石抗裂設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，水泥劑量設(shè)計為4%。

3.2.5水泥穩(wěn)定碎石冷再生

該層主要通過對原受損基層強度改善，從而對原路基層水穩(wěn)碎石進行再利用。結(jié)合路段實際情況，為提高再生基層應(yīng)用效果，設(shè)計采取廠拌冷再生處理，對原路面廢料進行篩分，添加新骨料，通過實驗分析水泥用量及最佳含水量，形成新結(jié)構(gòu)層[3]。

3.2.6水泥石灰土就地冷再生

使用傳統(tǒng)換填石灰土施工方法，原路石灰土棄量大，對環(huán)境造成污染，并需開采大量新材料的，石灰土就地冷再生可一次性完成銑刨、添加、拌和及攤鋪，從而簡化施工程序，經(jīng)濟環(huán)保的同時可有效緩解國道施工工期緊張的壓力。同時考慮節(jié)約成本、施工效果等因素，最終確定采用水泥作為再生劑。

由于全部利用了舊的鋪層材料，減少了公路維修時舊鋪層材料的挖除、運輸、廢置和部分新材料的購置費用，從而大大降低成本。一般可降低20%～40%[4-5]。

3.2.7原路廢料換填墊層

因上層結(jié)構(gòu)受損透水，造成淺層濕軟地基需要換填增強承載能力。按照J(rèn)TG F10—2006 《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》應(yīng)選用水穩(wěn)性及透水性好的材料，結(jié)合環(huán)保及經(jīng)濟因素，設(shè)計采用原路基層水泥穩(wěn)定碎石銑刨料進行換填，通過篩分實驗確保填料最小強度及最大粒徑滿足技術(shù)要求。

4 新老路面對比

新路面結(jié)構(gòu)設(shè)計較舊路面在經(jīng)濟、環(huán)保方面有以下改進：①路面結(jié)構(gòu)層按不同交通荷載進行不同設(shè)計，這樣一方面保證了承載力，另一方面杜絕了資源的不必要浪費；②結(jié)構(gòu)層采用再生技術(shù)，加大了舊材料的回收利用，減少能源消耗和碳排放，具體節(jié)能對比見表4[6]；③增加冷再生底基層，一定程度上提高了承載能力。

表4 碎石冷再生與重新鋪筑能耗對比表

注：許昌市建設(shè)用碎石材料基本為禹州碎石，以平均運距100 km計算，表中為每購進1萬t碎石的運輸耗能比較。

5 結(jié)語

公路大修不同新建，可在實施過程中根據(jù)實際情況進行處治方案優(yōu)化，在符合工期、質(zhì)量要求的前提下應(yīng)盡可能循環(huán)利用舊路材料，節(jié)約建設(shè)經(jīng)費。本文結(jié)合許襄快速通道工程，提出的改造設(shè)計方案，旨在有效改善道路承載、通行能力的同時盡可能對舊材料進行循環(huán)利用，因地制宜，針對不同路段的現(xiàn)狀、交通荷載要求分類處置，分段設(shè)計方案，進而達到節(jié)省資源，減少環(huán)境污染的目的。

[1] 許昌華杰勘察設(shè)計有限公司.G311線許襄快速通道是公路設(shè)計圖紙[Z].許昌:許昌華杰勘察設(shè)計有限公司,2016.

[2] 秦祿生.法國半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法[M].北京.人民交通出版社，2006.

[3] 義啟貴.水泥穩(wěn)定碎石基層就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用及經(jīng)濟性研究[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2011(增刊1):91-95.

[4] 張倩，韋華威，王永兵，等.水泥冷再生灰土實驗研究[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，2012(5)：632-636.

[5] 孫建秀,劉黎萍,孫立軍,等.早強劑對乳化瀝青冷再生混合料早期強度的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版),2017,41(6):1037-1040.

[6] 付巧云,張學(xué)明,李強.瀝青路面大修工程中基層材料再生利用技術(shù)的探討[J].交通科技,2006(4):83-85.