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(biāo)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(guó)省道干線公路標(biāo)準(zhǔn)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(guó)省道干線公路標(biāo)準(zhǔn)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(wàn)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(dāng)前和今后較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，湖南省普通國(guó)省道干線公路養(yǎng)護(hù)的重要任務(wù)之一。
在長(zhǎng)期的養(yǎng)護(hù)實(shí)踐中，湖南省公路管養(yǎng)部門借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)，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(shí)期都對(duì)湖南省國(guó)省道干線公路水泥混凝土路面大修發(fā)揮了重要?dú)v史作用，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，這些技術(shù)方案越來(lái)越不適應(yīng)公路養(yǎng)護(hù)高質(zhì)量發(fā)展的需要。
近年來(lái)，在長(zhǎng)沙理工大學(xué)的技術(shù)支持及國(guó)內(nèi)工程機(jī)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(dú)具特色的全厚式移動(dòng)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(guó)省道干線公路大中修典型路面結(jié)構(gòu)方案庫(kù)》和《湖南省國(guó)“十四五”交通建設(shè)、養(yǎng)護(hù)投資政策》的要求，目前湖南省國(guó)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(shí)踐中存在多種不適應(yīng)性。舊水泥混凝土路面經(jīng)過(guò)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(méi)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(dòng)、噪音和揚(yáng)塵污染，對(duì)沿線村鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)生活干擾較大。
同時(shí)，采用該方案后，路面標(biāo)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(hù)欄難以設(shè)置、平交道口難以接順、施工工期較長(zhǎng)，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(yàn)和評(píng)定效果，通過(guò)測(cè)量彎沉的傳統(tǒng)手段檢驗(yàn)碎石化效果，在實(shí)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(biāo)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(wèn)題。
隱蔽工程的特性導(dǎo)致破碎效果檢測(cè)、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(yán)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(shí)，共振缺乏反作用力，碎石化的效果大打折扣或者根本無(wú)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(shí)踐當(dāng)中，噴灑乳化瀝青很難充分滲入，往往都是通過(guò)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(lái)了隱患（軟弱夾層）。
ATB結(jié)構(gòu)層本身含油量遠(yuǎn)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(dòng)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(zhǎng)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(jià)。
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(shí)踐中僅用于一些路面標(biāo)高受限的特殊路段。
全厚式移動(dòng)破碎就地冷再生技術(shù)方案
利用移動(dòng)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(jí)配的再生集料，或者通過(guò)添加適量的新集料后使再生集料的合成級(jí)配，滿足公路水泥穩(wěn)定碎石基層的級(jí)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(guò)再生機(jī)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(yàn)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(jī)（俗稱“啄木鳥”）簡(jiǎn)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(qiáng)度不高的情況下，也可不進(jìn)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(duì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，國(guó)省道干線公路一般建議采用330以上的大型挖掘機(jī)，掛直徑165毫米至175毫米的錘（平頭錘），作業(yè)效率每臺(tái)班機(jī)1200平方米至1500平方米，因此一個(gè)作業(yè)班組標(biāo)準(zhǔn)情況下需配備3臺(tái)至4臺(tái)。
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(shí)用壓路機(jī)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(dòng)破碎機(jī)，對(duì)經(jīng)過(guò)預(yù)破的路面開展第一次全厚式移動(dòng)破碎，形成10厘米左右的粗破碎料。
為了降低破碎機(jī)刀頭的損耗，抑制揚(yáng)塵，破碎機(jī)前需推動(dòng)一水車供水（兩輛水車輪換）。破碎機(jī)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(guò)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(guò)電子標(biāo)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(dòng)保護(hù)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(chǎng)操作，1小時(shí)至2小時(shí)完成，每套刀頭可作業(yè)5000平方米至2萬(wàn)平方米。根據(jù)路幅寬度、工期要求等，一般需配備兩至三臺(tái)設(shè)備。
一破效果
二破
利用全厚式移動(dòng)破碎機(jī)，對(duì)經(jīng)過(guò)一破后的路面進(jìn)行第二次全厚式移動(dòng)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(gè)班組1臺(tái)設(shè)備，日均作業(yè)4000平方米至5000平方米。
二破設(shè)備通過(guò)“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(jí)配不變。由于其通常伴隨一破進(jìn)行，刀頭與路面磨耗阻力遠(yuǎn)小于一破，因此，一般無(wú)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(jī)完成再生拌和。
添加新料的數(shù)量和級(jí)配，綜合考慮設(shè)計(jì)厚度、級(jí)配范圍，通過(guò)篩分和計(jì)算得到?？梢圆捎枚逊椒椒?，通過(guò)挖機(jī)、鏟車和平地機(jī)鋪展。當(dāng)需要添加多檔料時(shí)，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(shí)，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(guò)配合比試驗(yàn)確定，通常每平方米水泥用量不超過(guò)1千克。
含水量可通過(guò)擊實(shí)試驗(yàn)確定，通常在8%至10%之間，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的新鋪水穩(wěn)基層含水量，通過(guò)再生機(jī)在電子閥精確控制含水量噴淋。再生拌和盡量選擇料倉(cāng)比較大的再生機(jī)組，控制再生機(jī)行進(jìn)速度為每分鐘4米至5米，最快不超過(guò)每分鐘6米，再生機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不超過(guò)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(shí)厚度。因此，需采用較大噸位的壓實(shí)設(shè)備。實(shí)踐表明，采用“30噸羊足碾（26噸單鋼輪壓路機(jī)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(shí)效果。經(jīng)過(guò)大量的工程探索，常用的壓實(shí)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(jī)整形，整出符合設(shè)計(jì)要求的縱橫坡等，整平機(jī)手通過(guò)嚴(yán)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(shí)的均勻性。
在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，就地冷再生基層往往在3天至4天齡期時(shí)具備較高強(qiáng)度，可達(dá)到通車條件。
就地冷再生技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
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(guó)家綠色低碳的新發(fā)展理念，也符合交通運(yùn)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(shì)。
舊水泥混凝土路面板破碎徹底，而且所有過(guò)程均實(shí)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(yàn)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(yán)重離析現(xiàn)象。
大量的實(shí)體工程驗(yàn)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(shí)、光滑、粗細(xì)顆粒上下分布均勻；無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度通常平均值4兆帕至7兆帕，強(qiáng)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(biāo)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(biāo)高抬升幅度過(guò)大而帶來(lái)一系列問(wèn)題。施工作業(yè)振動(dòng)小、噪音小、揚(yáng)塵少，對(duì)沿線房屋建筑、橋涵構(gòu)造物、板下基層等損害幾乎沒(méi)有，對(duì)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(guó)省道干線公路養(yǎng)護(hù)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(shí)，可供通勤車輛正常通行，可以滿足過(guò)往交通單幅雙向間斷通行的要求。造價(jià)降低，與同厚度新鋪水穩(wěn)基層相比較，節(jié)省造價(jià)15%至30%（跟碎石等地材價(jià)格有關(guān)）。作業(yè)效率高，每日每臺(tái)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(qiáng)度較高，且裂縫數(shù)量遠(yuǎn)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(shí)可對(duì)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(hù)成本，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
湖南應(yīng)用情況
自2019年以來(lái)，湖南省開展了水泥混凝土路面移動(dòng)破碎就地冷再生技術(shù)的應(yīng)用研究。技術(shù)支持單位長(zhǎng)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(bào)，并獲批2022年湖南省交通運(yùn)輸廳科技進(jìn)步與創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目“舊水泥混凝土路面全厚度移動(dòng)破碎就地冷再生利用成套技術(shù)研究”。
在該項(xiàng)目研究中，結(jié)合工程實(shí)踐中的情況反饋，不斷改進(jìn)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(chǎng)觀摩與交流學(xué)習(xí)培訓(xùn)活動(dòng)20余場(chǎng)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(gè)地市州采用該項(xiàng)新工藝技術(shù)，累計(jì)實(shí)施96.5公里水泥路面大修，實(shí)施面積達(dá)99.5萬(wàn)平方米。2023年，湖南省13個(gè)地市州采用該項(xiàng)新工藝技術(shù)，累計(jì)實(shí)施170公里水泥路面大修，實(shí)施面積達(dá)150萬(wàn)平方米。該項(xiàng)新工藝技術(shù)已經(jīng)成為湖南省普通國(guó)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(rèn)可。2023年，交通部運(yùn)輸批復(fù)湖南省“國(guó)省干線公路養(yǎng)護(hù)科學(xué)決策與技術(shù)應(yīng)用交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)試點(diǎn)任務(wù)”，其中，水泥路面再生利用為公路養(yǎng)護(hù)低碳長(zhǎng)效耐久技術(shù)推廣應(yīng)用試點(diǎn)任務(wù)之一。
來(lái)源 / 《中國(guó)公路》 2024年第4期
作者 / 甘先永(文/圖) 巨鎖基(文/圖) 長(zhǎng)沙理工大學(xué)公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)國(guó)家工程研究中心
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