水稳基层微裂均质化处治再生技术及应用实践
水稳基层微裂均质化处治再生技术及应用实践
张中华 毕旭冰
南阳市公路事业发展中心 河南 南阳 473057
摘要：本文介绍了水稳基层微裂均质化处治再生技术防治沥青路面反射裂缝的原理。结合工程实际案例，从处治效果、施工工艺复杂度、环境友好性、经济效益、交通干扰度等方面对技术优势进行了说明。实践证明，水稳基层微裂均质化处治再生技术不但可以解决因水稳基层开裂引起的面层反射裂缝问题，同时具有较强环境、社会友好性及显著的经济效益，适用于高速公路、国、省道的旧路大中修工程。
关键词：水稳基层；反射裂缝；微裂；均质化；大中修
为防治水泥稳定碎砾石基层或水泥稳定砂砾基层因车辆荷载、干燥收缩、温度收缩等引起沥青面层反射裂缝，提出对水稳基层进行微裂均质化处治。通过这种技术以达到改变水稳材料原有特性、加固路基的目的，减少和消除路床和路面结构病害，提高路床顶面的承载能力，从水稳材料本身（微裂）及路基承载力（注浆加固）两方面进行均质化，从而消除引起沥青路面加铺层反射裂缝的不利因素达到养护防治目的。
1 技术原理
微裂均质化处治再生技术是采用智能连续式强夯机对水稳基层进行夯实预裂，使结构层产生内部裂缝或损伤。在车辆荷载、干燥收缩和温度收缩等作用下，经预裂的水稳基层损伤发展直至裂透，最终形成紧密嵌锁的半刚基层块状结构。此时，单块水稳材料的胀缩变形小于加铺沥青面层底极限拉应变的50%，所以避免了基层开裂引起路面反射裂缝；当对水稳基层的微裂夯实，无法起到消除脱空和湿软路基加固的作用时，则采用地聚合物注浆均质化处治，通过碱激发剂激活湿软路基和层间空隙内的惰性材料，从而消除路床和路面结构内的病害，同时注浆压密对路床进一步补压密实，提高了其顶面承载能力。
2 功能及使用范围
水稳基层微裂均质化处治技术彻底消除了基层内残余病害，处治后的结构层转化为永久性路面结构层，从根本上解决了基层开裂引起的反射裂缝，可谓变废为宝，最大程度地利用了原基层材料。在当今全球环境问题极其严峻的形式下，使用此技术对道路进行养护及大中修，是符合道路绿色环保及可持续发展的理念的。从经济效益及对交通的影响角度，相对于其他处治再生技术，其经济效益显著，处治施工工期短，交通干扰小，每道施工工艺完成后都可开放交通，因此适用于高速公路、国、省道的旧路大中修及养护工程。
3 处治方案对比
对比现有旧路处治技术，水稳基层微裂均质化处治再生技术可根据路基损坏状况，确定是否需要在微裂后进行均质化。因此其技术方案具有灵活性、先进性，可根据不同道路状况，定制个性化的技术方案。表1对常用的旧路处治技术方案进行列举对比。
表1 旧路处治技术对比
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技术类别 |
技术对策 |
优点 |
缺点 |
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开挖换填 及加铺技术 |
1. 对原有基层进行开挖，并完全逐层铺筑新的基层； 2. 在新基层加铺路面层。 |
对沥青路面病害进行了处治 |
1. 无法解决水稳基层收缩开裂导致后期沥青面层反射裂缝再次产生，在水与荷载作用下唧浆、路床积水、层间脱空等病害仍无法避免； 2. 工程量大，施工工期长，施工成本高，环保性差； |
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冷再生 基层技术 |
1. 对基层进行冷铣刨； 2. 将铣刨后的基层材料进行破碎和筛分 3. 掺入一定数量的新集料、再生剂（水泥、乳化沥青、泡沫沥青等）、水，经过常温拌和，可选现场进行拌和或者厂拌； 4. 将拌和好的材料进行摊铺、碾压等工序，常温铺筑形成作为路面结构的新基层或底基层。 |
利用了原有基层材料，处治了路面病害 |
1. 再生后基层刚度大，干缩与温缩变形引起收缩开裂，导致路面产生反射裂缝； 2. 再生的基层下部路面结构内部层间脱空、路床积水等病害无法根治。 |
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水稳基层微裂均质化处治再生基层技术 |
1. 对水稳基层进行微裂； 2. 检测是否需要进行均质化； 3. 均质化处治。 |
防治基层收缩裂缝，治理路面结构层内部层间脱空、路床积水等病害，防止路面反射裂缝产生，最大限度利用旧基层材料及其性能、工程成本低、施工工期短。 |
从以上对比，可以看出水稳基层技术的先进性：
① 水稳基层微裂均质化处治再生技术是针对性地解决水稳基层开裂引起的反射裂缝，兼具对路基病害的处治。基于弯沉数据分析确定夯击能量及夯击位置，避免对路基稳定性造成破坏，其作用效果最显著；
② 无需对基层进行铣刨、破碎、筛分，直接在水稳基层上微裂均质化再生，施工工艺简单，且可充分利用旧基层强度，有效处治基层收缩裂缝；
③ 通过地聚物注浆，可治理路面结构层内部层间脱空、路床积水等病害，防止路面反射裂缝产生；
④ 将旧路材料变废为宝，再生利用了旧路水稳基层，节省了新的水稳基层材料，降低环境污染和破坏、节省工程成本。
⑤ 无需拌和、摊铺、碾压等工序，施工机械和工序少，可采用半封闭或局部路段封闭进行施工，最小程度地干扰交通通行，缩短施工工期。
4 施工工艺流程
水稳基层微裂均质化处治再生施工流程主要有四大步骤：弯沉检测→微裂再生→弯沉检测→均质化处治→弯沉检测。具体流程见图1。所使用的检测及施工设备有：弯沉检测使用落锤式弯沉仪，见图2；水稳基层微裂采用西安长大公路养护技术有限公司的连续智能式强夯机，见图3；地聚合物注浆施工见图4。经过以上工序，微裂均质化处治后加铺新的沥青路面结构层效果见图5。
图1 水稳基层微裂均质化处治再生施工流程图
5 工程案例
5.1项目概况
S333张南线是南阳市公路网主骨架结构的重要组成部分，是河南省公路网的组成部分。它由东至西贯穿南阳东部地区，是该区域内经济点泌阳县、社旗县和南阳市相互往来以及社旗县通往南阳市的重要通道，同时该线又是南阳驻军和驻马店驻军间的重要机动通道，是两地驻军间常规集结训练的最便捷通道，该段公路也是南阳市境内东西向干线公路S333张南线的重要组成部分。
2010年对该省道旧沥青路进行过大修改造。当时，改造工程为平原微丘区二级公路，按照双向两车道进行设计，沥青混凝土路面宽9m，路基宽度12m。其沥青路面段结构层形式：3cm细粒式沥青混凝土上面层+4cm中粒式沥青混凝土下面层+下封层+16cm水泥稳定砂砾基层+16cm水泥稳定砂砾底基层+平均6cm水泥稳定砂砾调平层+3cm老沥青路面+32cm灰土基层+土基。运营通车8年后，由于该路段交通繁忙，在重载交通作用下，路面出现大量龟裂、块裂、坑槽、横纵裂缝、沉陷、唧浆等病害，严重影响路面使用性能。路面破坏情况见图6至图11。
为提高公路通行能力，保证行车安全，2018年公路局对破坏路段实施重铺改造。改造工程采用水稳基层微裂均质化处治技术，项目全长1105m，分为李庄至十里井村（工程里程桩号K1+000～K1+585）与十里井村至年庄（工程里程桩号K2+000～K2+520）两段。项目从2018年6月8日开始至2018年6月22日完工，历时15天。
图6 龟裂
图7 块裂
图8 唧浆
图9 坑槽
图11 横向裂缝
图12 纵向裂缝
5.2工程内容
南阳社旗 S333 沥青路面半刚性基层微裂均质化处治再生工程，西安长大公路养护技术有限公司主要承担该工程中的旧沥青面层铣刨、基层微裂均质化处治专项工程。
工程分项：沥青面层铣刨、弯沉检测、基层微裂再生、地聚合物注浆处治施工。
5.3实施过程
(1) 老路状况评定
采用FWD进行弯沉检测，准确判定旧路结构承载能力情况，结合使用LTD-R1探地雷达分析结构层内部病害。
FWD落锤式弯沉仪对李庄至十里井村K1+000～K1+585上下行车道、十里井村至年庄K2+000～K2+520上下行车道的沥青路面进行弯沉检测，检测频率为1/5m，测点位置为行车道左右侧轮迹带处。分析检测结果可知，K1+000～K1+585段道路：上下行方向弯沉代表值分别为33.23（0.01mm）、40.04（0.01mm），K2+000～K2+520段路上下行方向弯沉代表值分别为39.82（0.01mm）、42.36（0.01mm）。现场检测如图12-1、12-2所示。
图12 FWD动态弯沉检测
LTD-R1探地雷达对李庄至十里井村K1+000～K1+585段，十里井村至年庄K2+000～K2+520段的沥青路面进行雷达检测，见图13。雷达检测结果显示：大部分路段路面结构内部都存在严重缺陷，在龟裂、沉陷、纵缝等结构性病害位置处，雷达图像显示基层层间破碎松散、脱空、沉降等病害现象。雷达检测图像如图14所示。
图13 LTD-R1探地雷达检测
图14 雷达检测图像
(2) 微裂再生
微裂再生施工工艺：采用满夯方式对水稳表面进行夯实预裂处治。微裂之后，取芯，。
①设备：选择冲击能量 66KJ 的 HHT-66 型智能连续式强夯机。
②先沿道路内侧开始微裂，逐次向外推移，夯至离路面边缘 1m 处。
③锤体抬升采用一挡，单点位夯击次数 1 次，点与点之间等间距并排满夯。
图15 微裂再生后芯样
通过芯样分析：均质化施工后上基层水稳上半部分不裂，下半部分有斜向裂纹，达到均质化再生技术要求效果，如图15所示。
(3) 均质化处治
对均质化处治完后弯沉值大于 34.1（0.01mm）处进行地聚合物注浆加固，通过均质化处治后弯沉值有明显下降，并且注浆后弯沉值满足小于 34.1（0.01mm）处治效果显著。均质化处治施工现场如图16所示。
图 16 现场施工图
(4) 加铺面层
①水稳基层调平处治
对于微裂均质化处治再生后的半刚性基层，如仍存在路面承载能力不能满足设计要求或小块体活动、翻浆等情况，需采取智能连续强夯机进行补强夯实处治。
对夯实后产生的沉降缺陷，采用新拌的水泥稳定级配碎石进行调平处治。填筑成型的水泥稳定级配碎石封闭养生两天后，开放交通。通车一天后，继续封闭养生四天。
②沥青混凝土面层加铺
对微裂均质化处治再生合格的半刚性基层，及时撒布透层油进行封水处治，加铺7cm沥青面层（4cmAC-16+3cmAC-13）。
图17 加铺面层后效果
6 结语
水稳基层作为一种半刚性基层，由于材料本身的干缩和温缩特性，再加上施工方面的原因，基层在铺筑沥青面层时就已经产生裂缝。在温度应力和车辆荷载应力作用下，很容易在沥青面层上产生反射裂缝。换填加铺、冷再生基层技术不能从根本上避免水稳基层由于材料特性造成的路面病害，而微裂均质化处治技术则有效地利用了原水稳材料，使得水稳基层厚度范围内产生斜向微裂缝，避免了材料逐渐形成垂直于面层的贯通裂缝。
无论从施工工艺、经济效益、环保性，还是对交通的干扰程度，水稳基层微裂均质化处治技术都具有优势。均质化过程中采用地聚物注浆材料，使得这种绿色环保材料得到实际应用，因此对促进道路材料科学发展也具有一定意义。
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