水泥就地冷再生在S208大中修工程的应用实践
发布日期:2015-11-06浏览次数:字号:[ ]

摘要:本文介绍了浙江省S208(16省道)桐千线昌化段2015年路面大中修工程中采用水泥稳定碎石就地再生技术的应用情况。介绍了本项目的工程概况和利用水泥稳定碎石就地再生技术的道路路面设计方案,结合配合比设计情况介绍了采用水泥稳定碎石就地在资源节约和降低能耗方面的突出效果。重点通过重载道路的施工应用情况分析了施工过程中应该注意和避免的一些不切合实际的施工措施和相应的质量隐患,为以后同类工程的应用提供参考和指出新的组织方案。

关键词:水泥稳定碎石;就地再生;配合比设计;施工组织方案

0 引言

随着近年来的物流业的发展,基础建设的兴起,重载交通是现在公路建设行业特别是大中修工程建设面临的重大挑战。原有道路的基础结构设计惯性地引导着工程建设管养者和设计者,但是如何适用现在的交通轴载和交通流量以及如何在施工过程中避免社会交通对工程质量的影响是现在工程建设者在整个工程实施过程中应该考虑的关键问题。

本文通过浙江省S208(16省道)桐千线昌化段2015年路面大中修工程中采用的水泥稳定碎石再生的施工过程中涉及的相关技术问题和管理问题,进行了介绍并提出了相应的实践经验,以供参考。

1 工程概况

S208(16 省道)桐千线自 2008 年建成通车以来,随着经济社会的快速发展,S208(16 省道)桐千线交通量增长迅速,沿线水泥加工厂区的增设,超载超限车辆的剧增,严重破坏了桐千线的路况,公路现状已不能适应交通量和重载的急剧增长。现状道路路面病害较多,主要表现为路面龟裂、沉陷、纵横向裂缝等,路面病害影响了行车的舒适性,存在一定的安全隐患。

本项目为双向两车道二级公路,原路面为沥青砼路面,老路路面结构为4cmAC-13C+6cmAC-20C+20cm 水泥稳定碎石+20cm级配碎石。路基宽度为 10.5m:其中行车道宽度为 2×3.5 米,硬路肩宽度为 2×1.0 米(沥青砼路面总宽度为 9.0m),土路肩宽 2×0.75米。局部路段土路肩外侧设置 0.75~1.0m 不等的绿化带。

2 结构设计方案

(1)路况调查

结合道路路段特征、病害类型以及相关检测评定的道路技术状况评价确定道路大修的结构设计方案。本项目为安徽省海螺水泥供应熟料的主要通道,超限超载车辆较多;龟裂、块裂是本项目的典型病害之一,全线连续分布整个行车道,局部区域龟裂极其严重,在龟裂形成处往往伴有沉陷,说明该处承载力不够,需补强;根据现场路面调查检测结果,车辙病害也较严重,最大车辙深度基本达1cm及以上,其中 K79+750~K80+500 左侧车辙最深达 1.552cm,RDI 指标为70.89;根据弯沉检测结果,本项目代表弯沉值分布于 56.61(0.01mm)~78.81(0.01mm)之间,大部分路段代表弯沉在 70.00(0.01mm)左右,说明大部分路段路面结构强度明显不足;平均弯沉值分布于 33.40(0.01mm) ~ 52.74(0.01mm) 之间,但标准差分布 于10.59(0.01mm) ~27.57(0.01mm)之间,说明路段范围路面结构强度差异性较大;根据平整度检测结果,本项目国际平整度指数 IRI 均在4.49(m/km)~5.81(m/km)之间,路面行驶质量指数 RQI 在 79.97~65.01 之间,本项目路面平整度较差,行车存在明显颠簸现象。

(2)结构设计

考虑本项目路面结构存在破损严重、病害分布范围广、结构强度差异性大等特点,结合路面结构薄弱、交通量大且超载严重等病害产生的主导因素,提出如下路面病害处治总体设计思路:

1、从节能环保角度出发,以彻底处治路面病害为前提,充分利用老路路面结构层,避免材料浪费。

2、考虑路面结构破损严重且强度薄弱,结合路面加铺方案,主要针对老路 20cm 水泥稳定碎石基层、20cm 级配碎石底基层及路基进行专项病害处治,以提升路面整体承载能力为根本目的。

3、考虑施工难易程度、施工经验,结合具体施工工艺及养生方法,合理选择病害处治范围及回铺材料。

4、积极推广“新材料、新工艺、新技术、新设备” ,考虑工程旧料的二次利用。

具体大修道路结构设计方案如下:

⑴、K77+400~K78+300、K79+750~K80+900、K85+000~K87+000、K88+000~K89+200 段,采用铣刨10cm面层后进行20cm水泥稳定碎石就地再生,然后加铺 4cmAC-13C +6cmSUP-20 +15cm厂拌泡沫沥青冷再生基层。

⑵、K80+900~K85+000、K87+000~K88+000、K89+200~K90+300 段,采用铣刨10cm面层后进行20cm水泥稳定碎石就地冷再生,然后加铺 4cmAC-13C +6 cm SUP-20 +8cmATB-25。

3 材料配合比设计

结合道路前期的结构层厚度检测和现场探坑试验,抽取代表性的20cm原基层水泥稳定碎石样品,室内进行样品分析和重新设计新的水泥稳定碎石再生混合料,设计时考虑旧材料的100%利用、新材料的掺量主要用于改善原基层材料的级配同时不会影响结构层标高的明显太高、满足强度的水泥剂量可以达到最小以避免后期的收缩变形缝引起的次生病害、混合料的强度和抗压回弹模量满足结构层设计的要求。具体试验结果见表1。

表1 新水泥稳定碎石混合料的级配设计结果

材料名称?原基层铣刨料?碎石(5~25)mm?石屑(0~5)mm

掺配比例(%)?90.0?0.0?10.0

原基层水泥稳定碎石材料的级配与新设计的水泥稳定碎石混合料级配比较可以发现原级配中细料的含量偏少,需要重新掺入(0~5)mm的石屑作为填充料强化混合料中的嵌挤缝隙,提高强度。

表2? 原基层材料与新设计混合料的级配比较

筛孔(mm)?31.5?26.5?19?9.5?4.75?2.36?0.6?0.075

原基层材料?100?93.2?77.7?51.7?31.3?18.1?7.9?4.2

新水稳材料?100?93.8?79.9?56.5?37.9?23.8?11.5?4.9

级配范围?100?90~100?72~89?47~67?29~49?17~35?8~22?0~7

设定混合料的级配组成和矿料级配范围后测定混合料的最大干密度和最佳含水率,并在最佳含水率条件下按照0.5%的水泥剂量差成型5组无侧限抗压试件,通过测定标准养护后的无侧限抗压试件的强度来确定推荐施工的最佳水泥剂量。

表3? 再生混合料的设计结论

设计指标?水泥剂量

(%)?最佳含水量(%)?最大干密度(g/cm3)?无侧限抗压强度(MPa)?设计要求(MPa)

设计结果?4.5?6.4?2.153?3.5?≥3.5

通过配合比试验结果可知,原基层材料在改善级配后添加新的胶结材料,其质量和力学性能均能满足现行规范和路用性能的要求。通过就地再生新工艺新技术,原20cm水泥稳定碎石基层材料得到了100%的利用,减少了开山取石对自然资源的破坏和运输导致的尾气排放;有关研究表明在经济效益角度上,此种技术比新建水泥稳定碎石基层节约材料运输和处置,节约新材料的采购费用,造价成本降低约15%;按照采矿的能耗为50MJ/t计算,本项目减少能耗1017193MJ/t,折合节约标准煤(热值29.3MJ/t)34716kg标准煤;虽然增加10%改善级配的新料抬高了2cm左右的路面标高,整体影响不大。

4 交通组织

前期水泥稳定碎石就地再生层300m试验路段半幅施工养生通行后开放交通,造成试验段轮迹处松散严重形成很深的车辙,轮迹之外再生层顶面分布很多细小的横向裂缝,裂缝处和车辙处取芯全部松散,无法取出成型的水泥稳定碎石芯样。综合分析原因:下承层为级配碎石层,承载能力弱;水泥稳定碎石再生层刚成型养生结束,混合料的强度还没有达到最佳;再生层在道路结构设计中仅作为路面基层的下基层,其各方面的承载能力不足以充当临时的路面结构层使用;养生后的结构层含水率较高,对于轴载的破坏无法快速的进行自我修复导致颗粒脱落形成车辙和裂缝。

此外,本项目地处浙皖交界,是货物运输的重要通道,运输车辆数量很多、轴载很重,特别是夜晚更是大幅增加,施工时不可能做到完全封闭施工。如何保证施工质量,避免社会车辆的破坏是一项管理性的问题。

针对上述的质量问题和原因分析,从外因和内因分析做出以下组织调整:

(1)、半通车半施工的交通组织方式;

(2)、在路段两头寻找支路实行分流,减少现场施工时的交通影响;

(3)、对重载车辆实行限时限量通行,特别是夜晚加强施工路段的管理,重型车辆严禁在再生层顶面行驶;

(4)、再生层养生结束后进行质量检测,合格路段立即进行上结构层施工,直致沥青下面层施工后方可通车通行。

5 结语

水泥稳定碎石再生基层是一项新技术新工艺,百分百利用原路面材料,在资源重复利用和减少对自然资源的破坏开采方面以及降低生产能耗方面有着显着的社会效益,但是其在配合比设计过程中应进行相应的优化,特别是级配调整改善的同时要控制新掺入材料的掺配比例用以降低路面抬高的数值,在水泥剂量的设计过程中要综合考虑设计的结构层次、结构厚度以及原水泥稳定碎石中的水泥和再生过程中新掺入的水泥后期的干缩和温缩反应,避免后期的次生病害。

水泥就地再生基层需要足够的养生方可开放交通,同时结合结构层的承载力对重载车辆进行限制和管控。因此在大修工程项目中应在交通组织设计中仔细考虑此种特性,避免交通对结构层的破坏。

参考文献

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[2] 拾方治,郝振华,吕伟民.泡沫沥青混合料设计方法的试验研究[J].公路交通科技.2004,21(10).

[3] 张名成.沥青路面改建结构设计与复合式冷再生技术研究[D].长安大学材料学院.

[4] 德国维特根公司.维特根冷再生技术手册[Z].2004.

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