就地冷再生基层施工工法版本.doc

高速公路泡沫沥青就地冷再生基层施工工法湖南望新建设集团股份有限公司 汤彦武 刘月升 李九苏 戴聆春关键词泡沫沥青；就地再生；节约资源；再生机械封闭自动控制添加系统1 前言目前，沥青路面再生有4 种常用方法：现场冷再生技术、现场热再生技术、厂拌热再生技术和厂拌冷再生技术。泡沫沥青就地冷再生技术属于用泡沫沥青作为重要结合料的就地冷再生技术，由于其不需加热、经济性好、减轻环境污染、施工方便等诸多优点，自20世纪80年代后期在路面冷铣刨工艺的基础上迅速发展起来。国内推动的路面再生工法以热再生为主，但从生态环境保护、经济性等角度而言，沥青路面再生工法是“冷拌胜过热拌，就地优于厂拌”。冷再生技术常使用的稳定剂有水泥、乳化沥青和泡沫沥青等。水泥作为稳定剂，在掺量较高时，很容易产生收缩裂缝，并且需要进行较长时间的养生才干开放交通。乳化沥青和泡沫沥青作为稳定剂不会带来水泥稳定类材料容易引起的收缩裂缝问题，有一定的优越性。而泡沫沥青和乳化沥青相比，泡沫沥青只需要消耗普通石油沥青和少量的水就可以制备，不需要添加乳化剂，有一定的成本优势，因此受到越来越多的重视。尽管公路沥青路面再生技术规范已经于2023年7月1日实行，但是作为沥青路面再生技术中的“新成员”，泡沫沥青就地冷再生基层施工工法的建立和实行有其突出的意义。2 工法特点2.1旧路面废料能100%回收再生，既利于环保，又节约大量投资。2.2泡沫沥青混合料存贮时间长，不需加热，碾压成型迅速。所有工序采用机械化施工，铣刨、破碎、添加、拌和及摊铺可一次完毕, 施工工序简化、工期短。2.3运用新技术浇铺的路面强度、抗疲劳度、抗水性更胜一筹，使用寿命更长。2.4路面标高可以不抬高或抬高较少，可以有效解决大中修工程中一味往上加高特别是穿镇路段不被老百姓所接受的尴尬局面，从而减少挡墙、边沟、绿化带等附属设施的加高费用。2.5再生机械所具有的封闭式自动控制添加系统,不仅配比精确, 并且防止了粉尘的飞扬, 从主线上满足环境保护的规定。因此,它是一项绿色的(公路维修改造) 工法。3 合用范围本施工工法目前可合用于沥青混合料经再生后，用于进行大修、改建的各种等级公路的底基层和二级及二级以下公路、城市出口路基层的施工。4 工艺原理泡沫沥青就地冷再生基层的工法原理重要是对旧沥青路面（涉及沥青面层和部分基层）进行铣刨，根据得到的回收路面材料（RAP和CTB）的级配情况，结合再生后结构层的结构特性，可加入部分集料进行级配调整，泡沫沥青的用量约为2.0%2.5%，同时考虑加入少量的水泥或矿粉，以改善泡沫沥青在混合料中的分散性以及提高混合料的强度，泡沫沥青冷再生混凝土单层厚度在1030cm，混合料采用专门的冷再生设备在现场就地再生然后将混合料摊铺、碾压成型后重新形成路基结构层。关键工艺通过一个专用再生机械实现, 其核心是一个装有若干个硬质合金刀具的切削转子。转子旋转时向上切削现有旧路铺层材料, 转子的切削深度可以通过电脑精确控制。在转子切削材料的同时, 来自再生机前面并由再生机推动前行的水罐车中的水, 通过软管输送给再生机, 并由机载系统喷洒进拌和腔,在拌和腔内与被切削下的材料进行充足均匀地混合以便达成压实所需的最佳用水量。同时,热沥青、冷水和空气在一系列互相独立的发泡腔里使沥青发泡,并通过喷嘴均匀地喷洒在再生机的拌和罩壳内与路面材料充足拌和，生成再生沥青混合料。5 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.1.1重要涉及了四个重要工序：一方面是准备旧路面的再生材料涉及破碎和翻松旧路；另一方面是加入泡沫沥青和水并加以拌合；第三是成型和压实；最后是在再生的路面上加铺磨耗层。旧铺层的铣刨、破碎新集料泡沫沥青新旧材料的拌和再生层摊铺再生层压实成型再生层后解决水、水泥原路面评价是否适合泡沫沥青就地冷再生选择其他维修方式否是图5.1.1 泡沫沥青就地冷再生基层施工工艺流程图5.1.2使用WR2500S 型路面再生设备进行沥青路面现场冷再生的施工作业简图和配套机械见图5.2。具体施工工艺为：水泥稀浆搅拌输送车通过管道将水泥稀浆输送给再生机；热沥青罐车通过管道将热沥青输送给再生机；再生机完毕旧路材料的铣刨、破碎，新旧材料的拌和、摊铺及预压实；由压路机完毕再生层的最终压实成型。当无需添加新骨料时，可省去相应的作业程序，如再生机没有设立振动熨平板，再生层在最终压实前应先用平地机整形。5.1.3根据回收材料级配检查结果，根据设计级配技术规定，如需要添加新的集料，则可以在现场冷再生配套机组前增长1台新集料撒布车和1台平地机，进行新集料撒布和摊铺。 压路机 水罐车 WR2500S 型再生机 热沥青罐车 水泥稀浆搅拌车图5.1.3就地冷再生配套机组及施工作业简图5.2泡沫沥青混合料冷再生配合比设计5.2.1配合比设计环节1泡沫沥青冷再生混合料配合比设计涉及原材料分析、配合比（泡沫沥青及水、水泥用量）设计和设计配合比检查三项内容，配合比设计环节如下图所示。现场铣刨混合料随机取样抽提实验、筛分实验预估泡沫沥青用量和集料用量不同掺量泡沫沥青用量制作马歇尔试件和圆柱体试件马歇尔稳定度、劈裂强度、冻融劈裂强度比实验拟定设计泡沫沥青及拌和用水量进行设计沥青含量高温车辙、低温抗裂、疲劳等性能实验拟定生产配合比现场调整掺加一定量水泥或水泥量增长合格不合格图5.2.1配合比设计流程图5.2.2配合比设计技术规定冷再生沥青混合料实验重要涉及马歇尔稳定度实验和劈裂强度实验等，其技术规定见表5.2.2。表5.2.2 冷再生沥青混合料基层实验标准实验项目实验标准劈裂实验（15）劈裂强度（MPa）0.4干湿劈裂强度比（%）75马歇尔稳定度实验（40）马歇尔稳定度（kN）5.0浸水马歇尔残留稳定度（%）75冻融劈裂强度比TSR（%）705.3操作要点5.3.1施工准备1铺筑实验路段：长度不宜小于200m，从施工工艺、工程质量、施工管理、施工安全等方面进行检查，拟定工艺参数。2施工放样：在再生施工之前，应在道路的两侧放置一系列的标桩（杆）作为基线，用来恢复道路的中心线。标桩（杆）的间距，曲线距离不应超过20米，直线距离不应超过40米。3清除原道路表面（涉及不需要再生的相临行车道和路肩）的石块、垃圾、杂草等杂物和积水，并清理边线。清除再生路段上存在的井盖等类似结构物。对原路的翻浆、车辙、沉陷、波浪、坑槽等病害进行解决，使原路基本平整。4冷再生机组就位：使用推杆连接再生机组，并连接所有与再生机相连的管道。检查再生机操作人员是否已将所有与稳定剂添加量有关的数据输入计算机。排除系统中的所有空气并保证所有阀门均处在全开度位置。检查再生路段内的导向标志，保证导向标志明确。对再生施工中所需要的其它机械设备进行全面的检查。5.3.2再生和摊铺1将施工机具按照图5.1-2布置，连接相应管路。启动施工设备，按照设定再生深度对路面进行铣刨、拌和。于再生机开始工作时要使转子所有下切到再生层的底部来打坏再生料，前进速度为0，使得翻松的再生料混合不均匀，为此，需人工进行翻拌后将坑槽找平。2冷再生机行进速度应根据路面损坏状况和再生深度进行调整，一般为4m/min10m/min，使得铣刨后料的级配波动范围不大。网裂严重地段应减少再生机组行进速度，提高铣刨转子转速。再生机后应有专人跟随，随时检查再生深度、水泥含量和含水量，并配合再生机操作员进行调整。带有熨平板的再生机，应经常检查熨平板后混合料的厚度。每段再生结束后，应检查铣刨毂的刀架、刀头，发现损坏立即更换。3摊铺作业必须缓慢、均匀、连续不断地进行，不得随意变换摊铺速度或者半途停顿。冷再生沥青混合料每层摊铺厚度最佳不大于10cm（为压实后的厚度），若需要多层铺筑，则在铺上一层前需养生一段时间（在好的养生条件下一般养生2-4天左右）。雨天不能摊铺，若气温低于10，也应停止摊铺。5.3.3碾压整形1根据再生层厚度、压实度等的需要，配备足够数量、吨位的钢轮压路机、轮胎压路机，按照实验路段拟定的压实工艺在混合料最佳含水率情况下进行碾压。直线和不设超高路段，应由两侧路肩向路中心碾压；设超高的平曲线段，应由内侧路肩向外侧路肩碾压。2压路机应以慢而均匀的速度进行碾压作业，初压速度宜为1.5-3km/h，复压和终压速度宜为2-4km/h。3严禁压路机在已完毕的或正在碾压的路段上调头或急刹车，应保证再生层表面不受破坏。4碾压过程中，再生层的表面应始终保持湿润，如水分蒸发过快，应及时补撒少量的水，但严禁大量洒水碾压。5碾压过程中，如有“弹簧”、松散、起皮等现象，应及时翻开重新拌和（加适量的水泥）或用其他方法解决，使其达成质量规定。5.3.4横纵缝的解决1横缝的解决：因每次施工开始工终止而形成的横穿作业面的横向接缝是不连续的。每次停机，即使是仅需几分钟用于更换罐车，也将形成一个严重影响再生材料均匀性的横缝。因此，施工中，应尽量减少停机现象。在不可避免的情况下，应对所形成的横缝进行认真解决。2纵缝的解决：再生机的工作宽度一般要小于再生路面的宽度。因此，全幅路的再生需要多次作业，从而导致数条相邻作业面间的纵向接缝。一般来讲，相邻作业面间的最小重叠量为10cm，以保证纵缝处再生料的连续性，同时避免相邻作业面间存在未再生的夹带。纵向接缝的位置应尽量避开快、慢车道上车辆行驶的轮迹。5.3.5养生及开放交通1泡沫沥青再生基层施工结束后，在加铺上层结构层前必须进行养生，养生时间不宜小于7d。2在封闭交通的情况下养生时，可进行自然养生，一般不需采用其他措施。3在开放交通的条件下进行养生时，再生层在完毕压实至少1d后方可开放交通，但是应严格限制重型车辆通行，行车速度应控制在40km/h以内，并严禁车辆在再生层上掉头和急刹车。4为避免车轮对表层的损坏，可在再生层上均匀撒布慢裂型乳化沥青进行养护。6 材料与设备6.1原材料规定冷再生沥青混合料所用的原材料重要有泡沫沥青、水泥、水及沥青面层铣刨料、路面基层铣刨料。6.1.1 泡沫沥青冷再生沥青混合料基层采用的泡沫沥青，其技术规定应符合现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2023），其发泡特性应满足下表的规定。表6.1.1 泡沫沥青技术规定项目技术规定实验方法膨胀率 10JTG F41-2023 附录E半衰期 /s8JTG F41-2023 附录E6.1.2 集料粗细集料质量应满足现行公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2023）中的规定。6.1.3 水泥普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥都可以使用，严禁使用外界影响而变质的水泥。宜采用强度等级为32.5以上的水泥；水泥各龄期强度、安定性等应达成相应指标规定；规定水泥初凝时间3小时以上、终凝时间不小于6个小时。6.1.4 水普通饮用水，或洁净不具有害物质的水均可使用。6.1.5 沥青面层铣刨料铣刨料为原沥青面层铣刨料，规定分层铣刨，铣刨料粒径规格基本一致，最大粒径不得超过31.5mm，没有大的团块。6.1.6 施工机械及质量检测仪器冷再生沥青混合料必须配备齐全的施工机械和配件，做好开工前的保养、试机工作，并保证在施工期间一般不发生有碍施工进度和质量的故障。路面基层施工，规定配备足够的拌和、运送、摊铺、压实机械，配备机械见下表。表6.1.6 重要机械设备配备表序号机械名称规格、型号数量规定1平地机300t/h1-2压路机20t2带强弱振动调整功能3冷再生机WR25001装配高精度电子动态计量器4水罐车8t1-21台需有洒水功能5热沥青罐车20-40t2带保温功能6.1.7 质量检测仪器表6.1.7 重要质量检测仪器表序号仪器名称规格型号数量备 注1水泥凝结时间测定仪新标准12标准重型击实仪15cm23马歇尔击实仪MJ-IZ14间接抗拉强度实验仪15灌砂筒15cm16标准筛（方孔）0.075-37.5mm27沥青混合料抽提仪18沥青发泡装置WLB1019核子密度仪110沥青混合料拌和机LHB-3111最大理论密度测定仪（TMD）112路面钻芯取样机一体式113标准养护室设备114EDTA滴定化学分析仪115平整度仪17 质量控制7.1工程质量控制标准 7.1.1泡沫沥青就地冷再生基层施工质量应满足公路沥青路面再生技术规范 JTG F41-2023中的规定，其重要质量控制项目按照表7.1.1-1和表7.1.1-2执行。表7.1.1-1混合料质量控制项目、频度和规定检查项目质量规定检查频率检查方法压实度(%)98每车道每公里检查1次T0924或T092115劈裂强度（MPa）符合设计规定每工作日1次T0716干湿劈裂强度比（%）符合设计规定T0716马歇尔稳定度（kN）符合设计规定T0709马歇尔残留稳定度（%）符合设计规定T0709冻融劈裂强度比TSR（%）70每3个工作日1次T0709含水率符合JTG F41-2023发现异常时随时实验T0801沥青含量、矿料级配符合设计规定发现异常时随时实验抽提、筛分表7.1.1-2几何尺寸质量检查、频度和规定检查项目质量规定检查频率检查方法平整度(mm)10每200延米2处，每处连续10尺T0931纵断面高程(mm)10每20延米1点T0911厚度(mm)均值-10每车道每10米1点插入测量单个值-20宽度(mm)不小于设计每40延米1处T0911横坡度(%)0.3每100延米3处T0911外观表面平整密实，无浮石、弹黉现象，无明显压路机轮迹随时目测7.2施工质量管理施工过程中重要控制原材料质量、混合料质量和几何尺寸质量。原材料质量应满足表6.1中技术规定。混合料质量控制项目、频度和质量标准应满足表7.1.1-1中的规定，几何尺寸质量控制项目、检测频度和规定见表7.1.1-2。7.3施工质量控制技术措施7.3.1做好原材料的检测，其技术规定必须满足6.1中的规定。7.3.2 重视实验段的铺筑，总结出适合工程特点的施工工艺参数和质量管理方法，并严格执行。7.3.3 如发生未预料的特殊情况，也许会影响工程质量时，应立即停工，待问题解决后再继续施工。7.3.4在施工过程中，检测发现质量控制标准中规定的技术指标不能满足规定期，应停止施工并分析因素，进行局部解决或返工，直至满足规定。7.3.5就地冷再生工程竣工后，应将全线1-3km作为1个评估路段，按照表7.1.1-2规定进行质量检查和验收。8安全措施本工法严格遵守中华人民共和国安全生产法、公路养护安全作业规程（JTG H30-2023）及现行高速公路养护施工安全有关规定。在施工前到路政、交警等相关部门办理施工许可证、施工车辆通行证，并配置相应的安全装置、设备与保护器及采用其它有效措施，合理摆放、维护、看管标志、标牌设施。8.1交通标志牌的设立、维护8.1.1按照公路养护安全作业规程规定的规格、尺寸制定清楚醒目并具有反光功能的标志、标牌；8.1.2在进行交通控制前，事先将预封闭区段起讫桩号、方位上报路政、交警部门；8.1.3严格按照公路养护安全作业规程及有关规定规范设立各种标志、标牌。放置标志牌时，标志牌设立车辆在紧急停车带上慢行，顺着车流方向进行摆放； 8.1.4在施工作业期间由专人对设立的安全标志牌等做巡回检查，发现标志牌有倒伏、缺损现象，进行及时的扶正、更换、增添。8.2施工现场安全防范措施8.2.1现场施工人员着装统一的安全标志服，在施工作业区域内进行作业，严禁施工车辆及人员跨越或超过安全施工区域规定的范围，并不得在车辆通行的车道上停留；8.2.2在施工现场的所有施工人员必须服从公路路政、交警等相关部门的施工安全监督和安全管理；8.2.3车辆及设备离开施工作业区时，派一人以上安全员进行警戒和了望，在保证安全的情况下，“一等、二看、三通过”；8.2.4现场施工人员和施工车辆不得在高速公路范围内有抛、撒、滴、漏杂物及废料现象；8.2.5为保证高速公路行车安全，施工作业竣工后必须将施工现场打扫干净，方可撤离施工现场；8.2.6在施工作业过程中，如遇有特殊情况，应及时与公路路政及公路管理部门联系。8.3交通畅通保证措施8.3.1由现场安全负责人与高速公路交管、路政部门密切配合，精心调配人员，同时在施工现场摆放安全标志，保障车辆正常通行，全力保证施工路段不发生责任事故；8.3.2在紧急情况下对过往车辆进行交通疏导，保证道路畅通和过往车辆的行车安全；8.3.3假如施工路段内车辆发生故障时，安全管理员将车辆引导至安全地段，保证车辆通行，并立即告知清障队清障。8.3.4严禁在雨雪天、雾天、灰暗等不利因素的条件下进行施工；8.4再生现场8.4.1在原路面再生期间，派专职安全员并身配明显安全员袖章距再生现场后100米左右手持红旗进行指挥行驶车辆以便提醒驾驶员行车安全，保证现场再生技术人员及操作技术人员于安全工作状态；8.4.2现场运送车必须要有明显的施工作业标志，在进入施工作业安全区前，一方面应打开方向灯、双跳灯及警示灯，按照指定的行驶路线进入施工安全区；8.4.3沥青采用沥青罐车运送至拌和现场，由专业人员佩带防毒器具导入沥青储存罐以防有害成份对人体导致伤害；8.4.4再生结束后，各类施工机械在施工负责人的安排及专职安全员的统一调度下安全撤离现场，以消除安全隐患的存在；8.4.5在养生期间由专人看护现场标志标牌，防止行驶车辆驶入工作封闭区域内。在夜间设有安全反光标志牌及太阳能指示灯，以提醒夜间驾驶员安全行驶，防止安全隐患的发生。9 环保措施9.1文明施工措施9.1.2现场布置:根据场地实际情况合理地进行布置，设施设备按现场布置图规定设立堆放，并随施工不同阶段进行场地布置和调整。9.1.3施工现场场地清理:各施工作业班组必须做好操作后场地清理，随作随清，物尽其用。在施工作业中，设有防止尘土飞扬、沥青混合料及废料洒漏、车辆沾带泥土运营等措施。9.2环境保护措施9.2.1编写施工组织设计时，把环境工作作为施工组织设计规定的组成部分，并认真贯彻执行于施工的全过程。9.2.2加强环保教育。组织职工学习环保知识，加强环保意识，使大家结识到环境保护的重要性和必要性。9.2.3贯彻环保法规。认真贯彻各级政府的有关水土保护、环境保护方针、政策和法令，结合本工法特点，制定相应施工项目的环保规定和措施。9.2.4强化环保管理。定期进行环境检查，及时解决违章事宜，积极联系环保机构，请示报告环保工作，做到文明施工。9.2.5消除施工污染。对材料的运送、堆放应注意避免扬尘等污染。施工废水、生活污水源要采用妥善措施解决。工地垃圾及时运往指定地点深埋，清洗集料机具或具有沉淀油污的操作水，采用过滤的方法或沉淀池解决，使生态环境受损减到最低程序。10 效益分析从20 世纪80 年代后期起,我国开始建造高速公路。但是由于设计、施工、养护管理、交通运送负荷的增长等诸多因素,路面出现变形、车辙、磨损、裂纹等初期损坏的现象屡见不鲜。根据我国目前修建道路的情况，按照沥青路面的设计寿命(152023) ，陆续建成的高速公路已进入大、中修期。假如采用传统的改造维修方法，一方面大量翻挖、铣刨的沥青混合料将被废弃, 导致环境污染；另一方面重修需耗用大量砂石及沥青等限量资源，占用大量的资金，成为制约我国公路和交通规划建设发展的重要问题。旧沥青路面的废弃物重要由沥青、砂、石集料组成，通过破碎、筛分等解决后可反复使用，特定工艺生成的再生沥青混合料与全新材料拌制的沥青混合料同样，均为沥青混合料，其性能一定限度上甚至达成并超过全新沥青混合料。沥青路面再生的使用，可以减少路面工程砂石需求量，且可主线解决旧路面刨除料弃置的环境问题，遂成为国内路面工程界须迫切推动的工法。10.1经济效益10.1.1沥青旧路现场冷再生基层成本费重要为机械费用和添加剂费用，人工费与其它基层的施工基本相同。现场冷再生工艺与其它半刚性基层材料相比，节省了以下费用:（1）基层(底基层)的材料费用；（2）旧路面铣刨外运费用；（3）原材料运送费用；（3）缩短施工周期的费用。据初步估算冷再生层作为基层,每平米路基改造节约资金20%-40%左右。10.2社会效益10.2.1按照沥青路面面层的设计寿命在10到2023，目前全国每年约有12%的高等级公路需要大修，初步估计每年沥青路面废弃量有5000 万吨。回收运用这些废料，每年全国仅在材料费方面就能节省数十亿元。此外我国相称一部分沥青使用寿命较短，有的仅2-3年，沥青及集料老化限度很轻，再生运用的经济价值很高。10.2.2本工法采用机械化作业冷再生基层(底基层)技术，铣刨、破碎、添加、拌和及摊铺可一次完毕,工期缩短，并且养生期较短，行车不受任何影响，由于旧路改造、维修导致的断交时间大大缩短，车辆不必绕行，可以迅速、及时地改善了公路状况，提高了运送能力，缓解了交通运送的紧张状况，提高整个公路网的通行质量与经营效益。10.2.3由于沥青路面现场冷再生基层技术充足运用了旧路的材料，解决了废料对土地的大量占用及环境污染,减少了开山采石对环境的破坏，并且施工过程没有任何废弃物，封闭施工，属于环保工程项目，其社会效益无法估量。11 应用实例时间 项目名称 再生方式 结构 长度（km）道路类型 应用效果2023.72023.9 东莞市石碣镇滨江路 就地 5cm沥青15cm泡沫沥青 1.6 升级改造 良好2023.52023.11 东莞市寮步镇盘龙路就地 5cm沥青20cm泡沫沥青 11大修 良好2023.92023.11 广东佛山328国道 就地 7cm（34）沥青12cm泡沫沥青 8大修 良好案例1:广东佛山328国道改造工程，总投资2023 多万元、8公里路段的沥青路面大修工程,采用泡沫沥青冷就地再生技术进行大修，比传统技术至少节约投资约15%，缩短工期30天以上。案例2:2023年8月我公司中标施工的东莞市寮步镇盘龙路改造工程，全长11km，路面结构涉及5cm沥青面层和30cm灰土稳定基层，然后向下就是最早的老路面，虽然公路等级不高，但是砂石料运送车辆的必经之路，并且砂石料车辆往往超载现象非常严重，导致路面出现严重网裂、坑洞。采用泡沫沥青结合水泥就地冷再生施工，在结束24h后进行乳化沥青雾封层解决，即可开放交通。72h后即可摊铺上部沥青面层。大大缩短了道路维修对交通的影响，取得了良好的效果。