基于沖擊壓實(shí)處理的路基與舊瀝青材料路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

基于沖擊壓實(shí)處理的路基與舊瀝青材料路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

摘

要：本項(xiàng)目通過理論分析和修筑廠區(qū)道路試驗(yàn)路工程，對(duì)沖擊壓實(shí)技術(shù)提高路基模量，舊瀝青材料路面再利用技術(shù)。經(jīng)檢驗(yàn)，高模量路基的采用可顯著提高路面結(jié)構(gòu)的受力性能，瀝青再生技術(shù)也取得初步成果。

一、工程概況

路基強(qiáng)度的變化會(huì)對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，隨著以沖擊壓實(shí)技術(shù)為代表的路基處理技術(shù)的不斷發(fā)展，高模量路基條件下的路面結(jié)構(gòu)將具有廣闊的應(yīng)用前景。本項(xiàng)目通過修筑念壇工區(qū)試驗(yàn)路，對(duì)適用于中輕交通等級(jí)的高模量路基條件下的路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，以促進(jìn)新材料新技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用。

本試驗(yàn)路工程項(xiàng)目采用了沖擊壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行路基處理，結(jié)合廠拌乳化瀝青冷再生技術(shù)及再生SMA技術(shù)，進(jìn)行了高模量路基條件下舊瀝青材料路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。

二、工程應(yīng)用技術(shù)背景

（一）沖擊壓實(shí)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

路基回彈模量是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，許多路面設(shè)計(jì)指標(biāo)和路面性能都受路基狀態(tài)的影響。采用高模量路基，可以顯著提高路面結(jié)構(gòu)的整體剛度，降低路表彎沉，同時(shí)改善路面結(jié)構(gòu)受力的合理性，其取值的大小對(duì)路面結(jié)構(gòu)厚度有較大影響，直接影響工程造價(jià)。

沖擊壓實(shí)技術(shù)采用的施工機(jī)械為高振幅、低頻率，具有高沖擊能量的壓實(shí)機(jī)械，和傳統(tǒng)的壓實(shí)施工方法相比，可明顯改善路基壓實(shí)效果，提高路基回彈模量。其性能優(yōu)勢(shì)主要有：①低頻高振幅（約每秒2擊，落距約10～20cm）;②沖擊能量大，影響深度深。以25kJ三邊形雙輪沖擊壓路機(jī)為例，其雙輪靜重12t，行駛最佳速度為12km/h，對(duì)地面產(chǎn)生集中沖擊力200～250t，相當(dāng)于1111～1543kPa，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，向下具有地震波傳播特性;③沖擊壓實(shí)路基效果好，施工速度快，主要體現(xiàn)在：提高了路基壓實(shí)度，增強(qiáng)了路基土的水穩(wěn)性，提高了路基整體強(qiáng)度，減小了路基工后沉降變形，壓實(shí)效率高。目前，沖擊壓實(shí)技術(shù)在我國的主要應(yīng)用有：①濕陷性黃土等軟弱地基和路塹的沖擊壓實(shí)處理;②路堤分層填筑的沖壓;③舊砂石路面和舊瀝青路面的沖擊碾壓與加寬部分的增強(qiáng)補(bǔ)壓;④高路堤、路床和填挖交界路基的沖壓增強(qiáng)補(bǔ)壓;⑤舊水泥混凝土路面的沖擊破碎碾壓等。

（二）瀝青路面再生技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

廢舊瀝青混合料可以通過再生用于路面的面層或基層，其瀝青再利用率可達(dá)50%以上。因此廢舊瀝青混合料的有效再利用可節(jié)省瀝青材料，大大降低工程成本，從而降低工程造價(jià)，既符合能源再生利用的原則，又遵循可持續(xù)發(fā)展的理念，對(duì)道路工程的建設(shè)具有重大的意義。

路面再生技術(shù)按瀝青路面施工溫度分為熱拌再生法和冷拌再生法;按廢舊料拌和場(chǎng)地不同可分為集中廠拌再生法和現(xiàn)場(chǎng)再生法。

廠拌熱再生技術(shù)是是瀝青路面再生的主要方法，也是目前應(yīng)用最廣、最為普及實(shí)用的路面再生技術(shù)。廠拌熱再生技術(shù)屬于結(jié)構(gòu)性再生，具有較好的適應(yīng)性，適用于各類路面破壞。廠拌再生瀝青混合料路面能夠達(dá)到并保持所要求的各項(xiàng)路用性能指標(biāo)，并且具有更好的抗車轍性能。

廠拌冷再生混合料主要用作基層或底基層。先將舊瀝青混凝土路面材料運(yùn)回穩(wěn)定土攪拌廠，經(jīng)過破碎作為穩(wěn)定土骨料，加入水泥或石灰、粉煤灰、乳化瀝青等一種或多種穩(wěn)定劑和新料（必要時(shí)）進(jìn)行攪拌，然后鋪筑于基層或底基層。這項(xiàng)技術(shù)未充分利用廢棄材料中的舊瀝青，還會(huì)在一定程度上影響混合料的抗壓強(qiáng)度，但其生產(chǎn)過程幾乎不需要專用設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)，可以有效解決舊料廢棄和環(huán)境污染等問題，在國外被普遍采用，實(shí)踐證明具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

現(xiàn)場(chǎng)冷再生技術(shù)是指利用專用的現(xiàn)場(chǎng)冷再生設(shè)備，對(duì)瀝青路面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)銑刨，摻加一定數(shù)量的新集料，再生結(jié)合料（乳化瀝青、泡沫瀝青、水泥、消石灰等）、再生劑（必要時(shí)）、經(jīng)混拌、攤鋪、碾壓成型等工序，一次性實(shí)現(xiàn)對(duì)表面一定深度范圍內(nèi)的舊瀝青路面再生，形成路面基層或下面層的一種技術(shù)。現(xiàn)場(chǎng)冷再生的主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約成本、保證路面結(jié)構(gòu)的完整性、不損壞路基、工期短。

三、北京市念壇道路養(yǎng)護(hù)工區(qū)道路工程

北京市念壇道路養(yǎng)護(hù)工區(qū)試驗(yàn)路采用了沖擊壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行路基處理，結(jié)合廠拌乳化瀝青冷再生技術(shù)及再生SMA技術(shù)，進(jìn)行了高模量路基條件下舊瀝青材料路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究。

（一）沖擊壓實(shí)試驗(yàn)路

念壇工區(qū)試驗(yàn)路路基處理采用沖擊壓實(shí)技術(shù)進(jìn)行，施工現(xiàn)場(chǎng)見圖1。

路基土填筑前必須對(duì)土進(jìn)行物理性質(zhì)試驗(yàn)，使填土的天然含水量控制在一定的范圍內(nèi)。把土運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后，用推土機(jī)推開并整平，控制松鋪厚度不超過1m。用推土機(jī)推平起伏和凹凸部位，修整成適宜的橫坡，然后用推土機(jī)將全工作面非常均勻地穩(wěn)壓兩遍，最后利用平地機(jī)精平。沖擊壓實(shí)后需對(duì)路基進(jìn)行平整度、壓實(shí)度、彎沉值的檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)值反推得到壓實(shí)后的路基回彈模量，平均值達(dá)到60MPa左右。

經(jīng)施工證明，沖擊壓實(shí)技術(shù)可有效地保證公路路基的填筑質(zhì)量，控制施工后路基的沉降，給施工企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，但由于這是一項(xiàng)新型技術(shù)，相關(guān)的施工規(guī)范尚存在空缺，今后這一技術(shù)的研究還有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。

（二）再生試驗(yàn)路設(shè)計(jì)介紹

進(jìn)行乳化瀝青冷再生混合料設(shè)計(jì)時(shí)，參照《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGF41-2008），確定了工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍，在礦料級(jí)配設(shè)計(jì)、土工擊實(shí)試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)基礎(chǔ)上確定了最佳乳化瀝青用量，經(jīng)過配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，證明所設(shè)計(jì)的乳化瀝青冷再生混合料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，現(xiàn)將設(shè)計(jì)結(jié)果匯總?cè)缦拢?/p>

再生SMA-13瀝青混合料設(shè)計(jì)時(shí)，參照現(xiàn)行《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF40-2004）及《公路瀝青路面再生技術(shù)規(guī)范》（JTGF41-2008）確定了工程設(shè)計(jì)級(jí)配范圍，在礦料配合比設(shè)計(jì)、混合料馬歇爾相關(guān)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上得到了最佳油石比，經(jīng)過配合比設(shè)計(jì)檢驗(yàn)，證明所設(shè)計(jì)的混合料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足規(guī)范的要求，設(shè)計(jì)結(jié)果匯總?cè)缦隆?/p>

生產(chǎn)乳化瀝青冷再生混合料時(shí)，為了控制混合料級(jí)配，將RAP分為0～12、12～24mm兩檔，首先進(jìn)行生產(chǎn)試運(yùn)行，保證設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各材料計(jì)量準(zhǔn)確;其次進(jìn)行生產(chǎn)過程控制，監(jiān)控各倉料位，動(dòng)態(tài)監(jiān)控混合料含水量及乳化瀝青對(duì)礦料裹覆情況;最后進(jìn)行生產(chǎn)過程抽檢，抽檢結(jié)果如下表所示：

（三）路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括廠區(qū)外道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及廠區(qū)內(nèi)硬化區(qū)域路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)方案如下：

（四）施工與養(yǎng)護(hù)

路面工程鋪筑階段，經(jīng)試驗(yàn)段鋪筑，進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行調(diào)試，確定松鋪系數(shù)為1.3，驗(yàn)證施工碾壓工藝?；旌狭仙a(chǎn)后，保證在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成施工（小于6小時(shí)）。采取壓實(shí)度、碾壓工藝雙控，初壓：雙鋼輪2遍;復(fù)壓：?jiǎn)武撦?～6遍，膠輪6～8遍;終壓：雙鋼輪2遍。采用封閉交通養(yǎng)生，施工過程情況如下圖所示：

施工后路面整體情況良好，路面平整密實(shí)，經(jīng)檢測(cè)路面壓實(shí)度達(dá)到了86%的技術(shù)要求。養(yǎng)生期間遭遇多次雨、雪等不利天氣，局部出現(xiàn)松散。通過覆蓋塑料薄膜對(duì)路面進(jìn)行保護(hù)，養(yǎng)生4天后測(cè)試路面含水量為：4.01%。因養(yǎng)生條件惡劣、氣溫低，共養(yǎng)生15天。

（五）跟蹤觀測(cè)和施工總結(jié)

對(duì)念壇工區(qū)道路工程進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，路面平整密實(shí)，整體使用情況良好。

念壇工區(qū)道路工程為首次使用乳化瀝青冷再生技術(shù)及再生SMA技術(shù)，通過本次實(shí)體工程應(yīng)用，達(dá)到了確定施工工藝、使相關(guān)人員熟悉生產(chǎn)施工過程，積累工程經(jīng)驗(yàn)等目的。

通過沖擊壓實(shí)工藝處理的高模量路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究和應(yīng)用驗(yàn)證，經(jīng)驗(yàn)證，提高路基模量對(duì)路面結(jié)構(gòu)受力的影