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        水泥就地冷再生基層在公路養(yǎng)護(hù)維修工程中的應(yīng)用

        2023-07-29 11:46:16曹彥東
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年13期
        關(guān)鍵詞:整平生機(jī)集料

        1 引言

        新時(shí)期,對瀝青路面廢舊材料進(jìn)行再生利用,成為公路養(yǎng)護(hù)維修的重要內(nèi)容。 水泥就地冷再生基層為瀝青路面廢舊材料再生利用提供了有效方向, 經(jīng)水泥再生機(jī)對原路面基層進(jìn)行銑刨后加入水泥并整形、碾壓、養(yǎng)護(hù),最終獲得與設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求相符的公路基層。 整個(gè)過程不僅可以提高資源利用率,而且可以降低公路養(yǎng)護(hù)維修成本。

        2 工程概況

        原工程位于嘉峪關(guān)西南,標(biāo)號為K0+000~K52+000,起點(diǎn)與G312 國道民眾路口相交,沿著省道215 線先后經(jīng)過玉門東鎮(zhèn)、大山口、鏡鐵山礦、祁青鄉(xiāng),終點(diǎn)位于甘青交界二指哈拉,路線全長52 km。 公路為三級公路,設(shè)計(jì)速度30 km/h,路基橫斷面為2×0.75 m 路肩+2×3.5m 行車道,路面寬度7.7 m。 路基設(shè)計(jì)標(biāo)高為行車道中心標(biāo)高,路拱橫坡2%,挖方路段邊溝外側(cè)設(shè)置與路肩齊平的1 m 寬碎落臺與2%橫坡。工程所在地為典型走廊地形,走廊中部沖洪積扇緣地帶,殘留粗大礫石,南部廣布砂石,中后部為高山地貌,地形起伏大,表面植被良好。

        2010—2014 年,部分路段面層重新鋪設(shè),基本完好。 但因多年未進(jìn)行大修改造, 天然砂石組成的路面基層與瀝青面層長期經(jīng)受重載、超載車輛反復(fù)碾壓,面層、基層出現(xiàn)明顯的剝落現(xiàn)象,特別是K24+835~K26+835、K33+800~K52+000 路段,受路基強(qiáng)度干擾,存在嚴(yán)重的坑槽、脫皮、龜網(wǎng)龜裂、嚴(yán)重砂化現(xiàn)象,個(gè)別輪跡帶位置路面隆起,嚴(yán)重推移,導(dǎo)致平整度嚴(yán)重不足。 據(jù)路段破壞表現(xiàn),利用水泥就地冷再生技術(shù)進(jìn)行處理,底基層為18 cm 全深式冷再生,基層為20 cm 水泥穩(wěn)定砂礫,下面層、上面層分別為4 cm 中粒式熱拌瀝青碎石AM-16、3.5 cm 細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13。

        3 水泥就地冷再生基層的工程應(yīng)用

        3.1 施工放樣

        在水泥就地冷再生基層工程應(yīng)用前期, 由技術(shù)人員面向舊有公路進(jìn)行測量,沿著中線放樣,確保水泥就地冷再生基層操作期間無中線偏離位置情況。 同時(shí)放樣期間調(diào)整與設(shè)計(jì)要求存在偏差的縱斷線型,確保最大坡長、最大坡度均與要求相符[1]。 在這個(gè)基礎(chǔ)上,以原路面高程、橫坡為對象,開展測量控制,以便在發(fā)現(xiàn)公路基層形狀異變、沉陷的第一時(shí)間進(jìn)行處理。

        3.2 冷再生機(jī)就位與備料

        3.2.1 冷再生機(jī)就位

        作為機(jī)械組合, 在冷再生施工放樣位置停放冷再生機(jī)的基礎(chǔ)上,需要將容積超過12 t 的水車連接到冷再生機(jī)前方,滿足冷再生機(jī)工作期間用水需求,減少停車加水頻次。 必要情況下,可以準(zhǔn)備2 臺容積一致的水車,輪流更換,進(jìn)一步縮短加水時(shí)間,規(guī)避水泥效果喪失現(xiàn)象。 在冷再生機(jī)械裝置安裝完畢后,對連接部位連接牢固性進(jìn)行檢查,確保開關(guān)正常、水管無泄漏,從根本上規(guī)避翻漿事故[2]。

        3.2.2 備料

        在測量放樣范圍內(nèi), 利用水泥冷再生機(jī)破碎尚未摻加水泥的原有公路表面,就地均衡取原公路表面樣品,在試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)進(jìn)行多次篩分、擊實(shí)試驗(yàn),根據(jù)試驗(yàn)中得出的原公路表面粒料最佳含水量、最大干密度,開展7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),確定水泥摻量以及最佳集料配比,摻配集料數(shù)量計(jì)算單位為m2。

        根據(jù)公路路面施工寬度、冷再生機(jī)最大作業(yè)寬度,利用半幅作業(yè)法, 以每兩袋水泥用量為依據(jù)確定施工網(wǎng)格線的方格面積。 根據(jù)網(wǎng)格尺寸,人工或機(jī)械先將摻配的集料均勻致密攤鋪在原有公路表面畫好的網(wǎng)格線內(nèi)。 在新加石料投加完畢后,依據(jù)前期設(shè)計(jì)配合比, 以及每一袋水泥所需面積的計(jì)算結(jié)果,利用平鍬或耙子,面向整個(gè)網(wǎng)格表面均勻攤鋪水泥。

        3.3 銑刨精平

        3.3.1 銑刨

        根據(jù)前期勘測定原公路結(jié)構(gòu)層各路段厚度 (銑刨厚度),啟動(dòng)冷再生機(jī),開展銑刨操作,促使新加入石料與新再生層均勻混合,促使結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度滿足要求[4]。 同時(shí)借助冷再生機(jī)下方刮板,將水泥均勻刮鋪,確保冷再生層水泥含量差距在要求范圍內(nèi)。 銑刨期間,根據(jù)所觀察的集料變化進(jìn)行冷再生機(jī)行走速度調(diào)整,避免冷再生機(jī)行走速度不適宜引發(fā)的集料離析(上部細(xì)集料遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于粗集料, 下部粗集料含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過細(xì)集料量)。 同時(shí),控制銑刨噴水量、外加水量和超過最佳含水量。

        銑刨后,人工翻開銑刨后集料,對銑刨料松鋪厚度進(jìn)行測量,在松鋪系數(shù)為1.4 的情況下,結(jié)合結(jié)構(gòu)層厚度,進(jìn)行銑刨厚度調(diào)整。 同時(shí)對含水量進(jìn)行檢測,依據(jù)最佳含水量要求,進(jìn)行含水量控制。 在這個(gè)基礎(chǔ)上,進(jìn)行水泥劑量測定,確定水泥劑量超出原設(shè)計(jì)配合比1%。

        3.3.2 精平

        在銑刨料合格的情況下,利用平地機(jī)整平基面。 精細(xì)整平操作前, 工程技術(shù)人員可以借助振動(dòng)壓路機(jī)靜止碾壓一遍公路基面。 靜壓后對現(xiàn)場公路高程進(jìn)行測量, 根據(jù)高程測量結(jié)果,對照設(shè)計(jì)高程,開展整平。 控制精細(xì)整平次數(shù),規(guī)避底基層集料離析。 在整平操作進(jìn)入尾聲后,再次測量公路高程,為公路表面縱坡達(dá)標(biāo)提供保障。

        3.4 全幅碾壓

        在精細(xì)整平后,工程技術(shù)人員應(yīng)設(shè)置22 t 振動(dòng)壓路機(jī)、30 t輪胎壓路機(jī)組合機(jī)械。 利用組合機(jī)械,先強(qiáng)力振動(dòng)碾壓2 遍,碾壓時(shí)組合車輛行走速度為每小時(shí)1.5~1.7 km,再弱力振動(dòng)碾壓6 遍,組合車輛行走速度為每小時(shí)2~2.5 km,最后利用膠輪胎壓路機(jī)碾壓6 遍至基面表層起漿。

        3.5 局部調(diào)整

        3.5.1 接縫處理

        對于橫縫, 工程技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)工程程序中的排氣操作,在噴灑桿前排除穩(wěn)定劑管道(或水管)氣體。 機(jī)械調(diào)試完畢后,預(yù)先處理接縫區(qū)域,啟動(dòng)機(jī)械后開足馬力促使冷再生機(jī)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到正常施工速度。 若不可避免停機(jī),則促使新冷再生基層、上次冷再生基層縱向搭接重疊5 m,并加水拌和,確保接縫處理效果。

        對于縱縫,根據(jù)公路幾何形狀,結(jié)合冷再生機(jī)寬度小于公路寬度的特點(diǎn),多次作業(yè)。 即從冷再生機(jī)轉(zhuǎn)子寬度內(nèi)減去縱縫重疊量,確定每次作業(yè)有效寬度。 根據(jù)作業(yè)寬度,結(jié)合斷面影響,將冷再生機(jī)轉(zhuǎn)子右置,貼近路緣結(jié)構(gòu)物由一側(cè)向另一側(cè)作業(yè),確??v向接縫避開慢行、重載段。

        3.5.2 調(diào)頭處理

        在調(diào)頭作業(yè)段,工程技術(shù)人員應(yīng)采取保護(hù)措施,以用于調(diào)頭的9 m±1 m 長的穩(wěn)定土為對象,覆蓋一層厚油氈紙(或塑料布),將土(或砂礫、砂)攤鋪到油氈紙上,攤鋪厚度為10 cm 左右,減少調(diào)頭段水泥穩(wěn)定就地冷再生基層輪跡。

        3.6 覆蓋養(yǎng)護(hù)

        在局部處理后灑布乳化瀝青作為養(yǎng)護(hù)劑, 或者在公路表面覆蓋養(yǎng)護(hù)布定期灑水,確保養(yǎng)護(hù)布處于濕潤狀態(tài),并加強(qiáng)交通管制,規(guī)避行車碾壓對冷再生基層的破壞。

        4 工程應(yīng)用質(zhì)量控制措施

        4.1 合理選擇材料

        材料是水泥就地冷再生基層應(yīng)用質(zhì)量的主要影響因素,為保證工程應(yīng)用質(zhì)量,工程技術(shù)人員應(yīng)合理選擇材料。 水泥就地冷再生基層應(yīng)用水泥需為緩凝型低標(biāo)號普通硅酸鹽水泥,水泥初凝時(shí)間超過4 h,終凝時(shí)間超過6 h。 并在散裝水泥進(jìn)入工程現(xiàn)場后存放1 個(gè)星期及以上,以罐為單位檢定合格;工程所用水為原公路沿線飲用水; 工程所用粗集料應(yīng)選擇原公路沿線閃長巖片石,利用大型聯(lián)合碎石機(jī),在沖擊破碎(或反擊破碎)模式下軋制,壓碎值小于或等于30%,針片狀顆粒含量小于或等于20%; 工程所用細(xì)集料應(yīng)為碎石加工階段產(chǎn)生石屑,有機(jī)質(zhì)含量小于或等于1%。同時(shí)工程所用粗集料、細(xì)集料合計(jì)級配0.075 通過率小于或等于15%(水泥就地冷再生基層所用砂礫應(yīng)配比見表1),且基層、底基層混合料的含水率、液限、塑限、相對密度、壓碎值、顆粒含量均符合JTG D50—2017《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》要求。

        表1 水泥就地冷再生基層所用砂礫應(yīng)配比

        在施工階段,工程技術(shù)人員應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)表1 要求調(diào)整水泥穩(wěn)定砂礫級配,避免水泥抗壓回彈模量、強(qiáng)度與質(zhì)量要求不符。

        4.2 合理控制配比

        為滿足現(xiàn)行路面再生技術(shù)規(guī)范, 以基層無機(jī)結(jié)合料再生混合料級配范圍為控制條件,摻加閃長巖片石新集料。 結(jié)合公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)要求, 以水泥用量下最大干密度為2.2 g/cm3、最佳含水量為5.5%、7 d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為5.1 MPa 為標(biāo)準(zhǔn),調(diào)整水泥劑量,得出最佳水泥劑量為5%~6%,粗集料與細(xì)集料配比為92%∶8%。

        4.3 前期充足準(zhǔn)備

        根據(jù)原公路路拱為雙向2%橫坡度特點(diǎn),在前期銑刨后應(yīng)進(jìn)行調(diào)拱操作。 在施工前,分兩次進(jìn)行銑刨,首次銑刨,利用冷再生機(jī)沿著前進(jìn)方向左側(cè),進(jìn)行多半幅寬度銑刨20 cm;右側(cè)半幅則銑刨10 cm。 同時(shí)利用平地機(jī)進(jìn)行銑刨料拱度的調(diào)整,將以往右側(cè)橫坡調(diào)整為2.0%橫坡。 在這個(gè)基礎(chǔ)上,借助平地機(jī)、裝載機(jī)配合的方式,將左側(cè)銑刨料攤鋪到右側(cè)半幅,促使其拱度達(dá)到2.0%。 在調(diào)平拱度過程中,左側(cè)調(diào)拱頂面控制參考標(biāo)準(zhǔn)高度為右幅新建已完成下面層,避免出現(xiàn)銑刨料剩余。整個(gè)過程中, 全深式水泥冷再生混合料含水量應(yīng)大于或等于最佳含水量的0.5%但小于或等于最佳含水量的1.0%。同時(shí)根據(jù)路面損壞狀況、再生速度,進(jìn)行冷再生機(jī)行進(jìn)速度調(diào)整,一般冷再生機(jī)行進(jìn)速度應(yīng)大于或等于6 m/min, 小于或等于8 m/min,確保銑刨后料級配波動(dòng)范圍在要求限度內(nèi)。 若路段網(wǎng)狀裂紋較為嚴(yán)重,則適當(dāng)放慢速度,完成第一次銑刨。 利用同樣的方法,進(jìn)行第二次21 cm 左右厚度的銑刨作業(yè),銑刨過程中將超出粒徑的集料剔除, 避免對下一步平地機(jī)整平效果造成影響。

        5 結(jié)語

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