基于沖擊壓實處理的路基與舊瀝青材料路面結構設計與應用研究獲獎科研報告

基于沖擊壓實處理的路基與舊瀝青材料路面結構設計與應用研究獲獎科研報告

摘

要：本項目通過理論分析和修筑廠區(qū)道路試驗路工程，對沖擊壓實技術提高路基模量，舊瀝青材料路面再利用技術。經檢驗，高模量路基的采用可顯著提高路面結構的受力性能，瀝青再生技術也取得初步成果。

一、工程概況

路基強度的變化會對路面結構產生較大的影響，隨著以沖擊壓實技術為代表的路基處理技術的不斷發(fā)展，高模量路基條件下的路面結構將具有廣闊的應用前景。本項目通過修筑念壇工區(qū)試驗路，對適用于中輕交通等級的高模量路基條件下的路面結構進行研究，以促進新材料新技術的發(fā)展和推廣應用。

本試驗路工程項目采用了沖擊壓實技術進行路基處理，結合廠拌乳化瀝青冷再生技術及再生SMA技術，進行了高模量路基條件下舊瀝青材料路面結構設計與應用研究。

二、工程應用技術背景

（一）沖擊壓實技術的發(fā)展與應用

路基回彈模量是路面結構設計的重要參數，許多路面設計指標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構的整體剛度，降低路表彎沉，同時改善路面結構受力的合理性，其取值的大小對路面結構厚度有較大影響，直接影響工程造價。

沖擊壓實技術采用的施工機械為高振幅、低頻率，具有高沖擊能量的壓實機械，和傳統的壓實施工方法相比，可明顯改善路基壓實效果，提高路基回彈模量。其性能優(yōu)勢主要有：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為例，其雙輪靜重12t，行駛最佳速度為12km/h，對地面產生集中沖擊力200～250t，相當于1111～1543kPa，產生強烈的沖擊波，向下具有地震波傳播特性;③沖擊壓實路基效果好，施工速度快，主要體現在：提高了路基壓實度，增強了路基土的水穩(wěn)性，提高了路基整體強度，減小了路基工后沉降變形，壓實效率高。目前，沖擊壓實技術在我國的主要應用有：①濕陷性黃土等軟弱地基和路塹的沖擊壓實處理;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補壓;④高路堤、路床和填挖交界路基的沖壓增強補壓;⑤舊水泥混凝土路面的沖擊破碎碾壓等。

（二）瀝青路面再生技術的發(fā)展與應用

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，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，對道路工程的建設具有重大的意義。

路面再生技術按瀝青路面施工溫度分為熱拌再生法和冷拌再生法;按廢舊料拌和場地不同可分為集中廠拌再生法和現場再生法。

廠拌熱再生技術是是瀝青路面再生的主要方法，也是目前應用最廣、最為普及實用的路面再生技術。廠拌熱再生技術屬于結構性再生，具有較好的適應性，適用于各類路面破壞。廠拌再生瀝青混合料路面能夠達到并保持所要求的各項路用性能指標，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回穩(wěn)定土攪拌廠，經過破碎作為穩(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）進行攪拌，然后鋪筑于基層或底基層。這項技術未充分利用廢棄材料中的舊瀝青，還會在一定程度上影響混合料的抗壓強度，但其生產過程幾乎不需要專用設備就可實現，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，實踐證明具有很好的應用價值。

現場冷再生技術是指利用專用的現場冷再生設備，對瀝青路面進行現場銑刨，摻加一定數量的新集料，再生結合料（乳化瀝青、泡沫瀝青、水泥、消石灰等）、再生劑（必要時）、經混拌、攤鋪、碾壓成型等工序，一次性實現對表面一定深度范圍內的舊瀝青路面再生，形成路面基層或下面層的一種技術。現場冷再生的主要優(yōu)點是節(jié)約成本、保證路面結構的完整性、不損壞路基、工期短。

三、北京市念壇道路養(yǎng)護工區(qū)道路工程

北京市念壇道路養(yǎng)護工區(qū)試驗路采用了沖擊壓實技術進行路基處理，結合廠拌乳化瀝青冷再生技術及再生SMA技術，進行了高模量路基條件下舊瀝青材料路面結構設計及應用研究。

（一）沖擊壓實試驗路

念壇工區(qū)試驗路路基處理采用沖擊壓實技術進行，施工現場見圖1。

路基土填筑前必須對土進行物理性質試驗，使填土的天然含水量控制在一定的范圍內。把土運到施工現場后，用推土機推開并整平，控制松鋪厚度不超過1m。用推土機推平起伏和凹凸部位，修整成適宜的橫坡，然后用推土機將全工作面非常均勻地穩(wěn)壓兩遍，最后利用平地機精平。沖擊壓實后需對路基進行平整度、壓實度、彎沉值的檢測，經檢測值反推得到壓實后的路基回彈模量，平均值達到60MPa左右。

經施工證明，沖擊壓實技術可有效地保證公路路基的填筑質量，控制施工后路基的沉降，給施工企業(yè)帶來巨大的經濟效益，但由于這是一項新型技術，相關的施工規(guī)范尚存在空缺，今后這一技術的研究還有待于進一步加強。

（二）再生試驗路設計介紹

進行乳化瀝青冷再生混合料設計時，參照《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTGF41-2008），確定了工程設計級配范圍，在礦料級配設計、土工擊實試驗、劈裂試驗基礎上確定了最佳乳化瀝青用量，經過配合比設計檢驗，證明所設計的乳化瀝青冷再生混合料的各項技術指標均滿足規(guī)范要求，現將設計結果匯總如下：

再生SMA-13瀝青混合料設計時，參照現行《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTGF40-2004）及《公路瀝青路面再生技術規(guī)范》（JTGF41-2008）確定了工程設計級配范圍，在礦料配合比設計、混合料馬歇爾相關試驗的基礎上得到了最佳油石比，經過配合比設計檢驗，證明所設計的混合料各項技術指標均滿足規(guī)范的要求，設計結果匯總如下。

生產乳化瀝青冷再生混合料時，為了控制混合料級配，將RAP分為0～12、12～24mm兩檔，首先進行生產試運行，保證設備運轉正常，各材料計量準確;其次進行生產過程控制，監(jiān)控各倉料位，動態(tài)監(jiān)控混合料含水量及乳化瀝青對礦料裹覆情況;最后進行生產過程抽檢，抽檢結果如下表所示：

（三）路面結構設計

路面結構設計包括廠區(qū)外道路路面結構設計以及廠區(qū)內硬化區(qū)域路面結構設計，具體結構方案如下：

（四）施工與養(yǎng)護

路面工程鋪筑階段，經試驗段鋪筑，進行生產設備運行調試，確定松鋪系數為1.3，驗證施工碾壓工藝?；旌狭仙a后，保證在規(guī)定時間內完成施工（小于6小時）。采取壓實度、碾壓工藝雙控，初壓：雙鋼輪2遍;復壓：單鋼輪4～6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，經檢測路面壓實度達到了86%的技術要求。養(yǎng)生期間遭遇多次雨、雪等不利天氣，局部出現松散。通過覆蓋塑料薄膜對路面進行保護，養(yǎng)生4天后測試路面含水量為：4.01%。因養(yǎng)生條件惡劣、氣溫低，共養(yǎng)生15天。

（五）跟蹤觀測和施工總結

對念壇工區(qū)道路工程進行跟蹤觀測，路面平整密實，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及再生SMA技術，通過本次實體工程應用，達到了確定施工工藝、使相關人員熟悉生產施工過程，積累工程經驗等目的。

通過沖擊壓實工藝處理的高模量路基路面結構設計研究和應用驗證，經驗證，提高路基模量對路面結構受力的影