王運(yùn)武，張平

（1.海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南海口 570206；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

共振碎石化技術(shù)在水泥路面改建中的應(yīng)用研究

王運(yùn)武1，張平2

（1.海南省公路勘察設(shè)計(jì)院，海南?？?570206；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

結(jié)合海南省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目國(guó)道G361陵水至大本段改建工程實(shí)踐，對(duì)舊水泥砼路面共振碎石化施工工藝、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了闡述，總結(jié)了共振碎石化施工質(zhì)量控制要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，對(duì)共振碎石化和綜合處治加鋪瀝青面層方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)。

公路；水泥路面改建；共振碎石化；施工質(zhì)量控制；經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)

當(dāng)前“白改黑”常用技術(shù)是對(duì)水泥路面綜合處治后加鋪瀝青面層，但該處理方法不能從根源上防止反射裂縫的發(fā)生。共振碎石化技術(shù)通過(guò)共振設(shè)備對(duì)舊水泥路面進(jìn)行高頻低幅共振破碎，將砼板破碎成均勻高強(qiáng)粒料層，可有效解決瀝青層反射裂縫問(wèn)題。中國(guó)自2005年引入美國(guó)RMI共振碎石化技術(shù)，隨后在四川、重慶、浙江、湖南等地得到推廣應(yīng)用，但至今尚未制定共振碎石化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，存在大量理論和技術(shù)問(wèn)題需進(jìn)一步探究。海南省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目國(guó)道G361陵水至大本段改建工程是海南省第一個(gè)引入共振碎石化技術(shù)的改建項(xiàng)目，該文結(jié)合該工程實(shí)踐開(kāi)展共振碎石技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，為該技術(shù)在海南的推廣應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

國(guó)道G361陵水至大本公路于2000年進(jìn)行改建拓寬，為雙向兩車道二級(jí)公路，標(biāo)準(zhǔn)斷面寬度為12.0 m，斷面布置形式為2×1.5 m硬化土路肩+2 ×4.5 m水泥砼板。舊水泥路面結(jié)構(gòu)為24 cm水泥砼+15 cm水泥穩(wěn)定碎石+15 cm級(jí)配碎石，路面病害較為嚴(yán)重。根據(jù)交通量預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一條車道上的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次為9.8×106次。路面改建方案為4 cm AC-13（橡膠改性）+6 cm AC-20（橡膠改性）+18 cm水泥穩(wěn)定碎石/8 cm ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石+共振碎石化舊路面。

2 共振碎石化施工準(zhǔn)備

2.1舊水泥砼路面的清理

為確保共振碎石化質(zhì)量，共振碎石化施工前，采用銑刨機(jī)或小型風(fēng)鎬清除水泥砼板上的瀝青罩面和瀝青補(bǔ)塊，并采用表1所示級(jí)配粒料回填。

表1　回填粒料的級(jí)配

2.2排水系統(tǒng)的設(shè)置

共振碎石化前應(yīng)做好排水措施，特別是對(duì)于海南這種降雨量豐富的地區(qū)。排水系統(tǒng)的設(shè)置可使路基和基層的積水及時(shí)排出，從而提高路基強(qiáng)度，避免破碎砼塊侵入路基形成潛在積水地帶。根據(jù)設(shè)計(jì)，每隔10 m設(shè)置一道寬30 cm的橫向排水槽，設(shè)置深度為舊水泥板板底以下6 cm。

2.3構(gòu)造物和建筑物分布情況調(diào)查與標(biāo)識(shí)

為了避免共振碎石化施工對(duì)沿線重要構(gòu)造物、建筑物產(chǎn)生破壞，施工前在施工路段標(biāo)注相關(guān)注意事項(xiàng)及參數(shù)調(diào)整等信息，用以區(qū)別破碎，保證安全。需注意：1）對(duì)于埋深大于0.8 m的構(gòu)造物，可以正常破碎；埋深在0.5～0.8 m的構(gòu)造物，共振破碎可能會(huì)產(chǎn)生不良影響的，可預(yù)先采用人工打裂；埋深小于0.5 m的構(gòu)造物，應(yīng)禁止破碎，并在碎石化區(qū)域與構(gòu)造物連接處切割分開(kāi)。2）周邊建筑物距離路肩的水平向安全距離為15.0 m。3）施工過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保構(gòu)造物與建筑物不因施工造成損壞。

2.4其他要求

（1）向道路外側(cè)遷移碎石化區(qū)域內(nèi)的控制點(diǎn)，以防碎石化施工對(duì)原控制點(diǎn)造成破壞。

（2）對(duì)存在諸如錯(cuò)臺(tái)、唧泥、脫空等病害的路段，在碎石化施工前對(duì)下部軟弱基層或底基層進(jìn)行換填修復(fù)處理。

（3）碎石化施工前，在施工路段灑水以控制揚(yáng)塵，灑水時(shí)間與破碎時(shí)間控制在30min以內(nèi)。

（4）根據(jù)施工方案制訂交通管制及分流方案，盡量減少施工對(duì)交通的影響。

3 共振碎石化施工工藝

3.1試驗(yàn)段

在大規(guī)模碎石化施工前，選擇有代表性的100～200 m路段作為試驗(yàn)段，確定達(dá)到規(guī)定粒徑、級(jí)配和強(qiáng)度要求的共振破碎施工參數(shù)。在K15+210—410段右幅進(jìn)行試驗(yàn)段施工，圖1為破碎后路面。

圖1　共振破碎后路面

3.2試坑

為檢驗(yàn)共振碎石化效果，在試驗(yàn)段內(nèi)避開(kāi)接縫或裂縫位置隨機(jī)開(kāi)挖1～2個(gè)試坑（1.2 m×1.2 m），全深度檢查碎石化后的粒徑、級(jí)配、強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)要求。若不符合要求，則對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

對(duì)試坑進(jìn)行回彈模量測(cè)試和粒料篩分試驗(yàn)，篩分結(jié)果見(jiàn)表2。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，共振設(shè)備參數(shù)可達(dá)到對(duì)路面破碎的目的，破碎后砼頂面回彈模量為300～410 MPa，破碎表層較為平整，粒徑均勻，下層碎石之間有傾斜的裂縫形成很好的嵌擠結(jié)構(gòu)。

表2　試坑粒料篩分結(jié)果

3.3路面共振碎石化

共振碎石化施工宜由外側(cè)車道邊緣向內(nèi)進(jìn)行，破碎區(qū)域間隔應(yīng)控制在半個(gè)錘頭寬度以內(nèi)，嚴(yán)格控制隔行破碎現(xiàn)象，不得留邊、留死角。對(duì)于粒徑?jīng)]有達(dá)到要求的，要人工進(jìn)行破碎或移除回填。施工中還應(yīng)根據(jù)路面實(shí)際破碎狀況對(duì)機(jī)械參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。

3.4碎石化層的清理

碎石化層碾壓前，應(yīng)人工清除舊水泥砼面層接縫、裂縫之間的條狀填料，切割移除暴露的舊水泥砼鋼筋使碎石化層頂面齊平，并清除其他類似物。

3.5碎石化層的碾壓

對(duì)共振碎石化路面進(jìn)行碾壓可使碎石化路面更加密實(shí)、均勻，對(duì)表層大粒徑碎石起到再次破碎作用。采用鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)配合碾壓，速度不宜超過(guò)5km/h。碾壓完畢后，碎石化表層如有垂直位移超過(guò)5 cm的區(qū)域，應(yīng)開(kāi)挖移除并用碎石粒料回填。

3.6改性乳化瀝青透層施工

灑布乳化瀝青透層可提高碎石化層的防水性和整體性，對(duì)路面結(jié)構(gòu)具有積極的作用。乳化瀝青灑布量為1.5kg/m2，要求灑布均勻，保證下滲至碎石層1 cm深度。待乳化瀝青破乳后再撒布3～5mm潔凈集料，并用光輪壓路機(jī)靜壓2遍，集料撒布量為5.0～6.0 m3/（1 000 m2）。

4 共振碎石化質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4.1粒徑

破碎層粒徑指標(biāo)可直接反映共振破碎效果。采用直尺按照水泥路面0～8.0 cm內(nèi)200 m一處、8.0 cm以下1 000 m一處的頻率進(jìn)行碎石化層粒徑檢查，粒徑要求見(jiàn)表3。

表3　碎石化粒徑控制標(biāo)準(zhǔn)

4.2碎石化層級(jí)配

采用水篩法按照與粒徑檢查相同的頻率進(jìn)行碎石化層級(jí)配檢查，碎石化層級(jí)配宜接近級(jí)配碎（礫）石級(jí)配。

4.3回彈模量

采用承載板按照500 m一處的頻率測(cè)試碎石化層頂面回彈模量，回彈模量應(yīng)大于250 MPa，但宜小于550 MPa?；貜椖Ａ孔儺愋源笮】砷g接反映共振碎石化效果，變異性大，表明破碎不均勻?；貜椖Ａ看蟮牡胤酵且?yàn)樗喟逑虏繉記](méi)有完全破碎、結(jié)構(gòu)完整。

5 共振碎石化施工過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

5.1控制破碎后的顆粒組成

共振碎石化后的粒徑是控制加鋪結(jié)構(gòu)層不出現(xiàn)早期反射裂縫的關(guān)鍵，只有破碎后的粒徑大小均勻，方可使路面共同彎曲，將所承載的荷載均勻分散到路基上。為此，必須選用經(jīng)驗(yàn)豐富的駕駛操作員，施工中應(yīng)隨時(shí)注意觀察機(jī)械工作情況、錘頭破碎效果，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整破碎參數(shù)。既不能過(guò)于破碎影響級(jí)配和強(qiáng)度，也不能欠破碎導(dǎo)致顆粒太大而產(chǎn)生反射裂縫。

5.2排水系統(tǒng)檢查

共振碎石化施工可能會(huì)對(duì)碎石化前設(shè)置的橫向排水槽造成一定影響，如堵塞、截?cái)嗟龋绊懪潘Ч?。宜在碎石化之后、加鋪之前，在整個(gè)施工段內(nèi)開(kāi)挖1.0 m×1.0 m檢查坑不少于3個(gè)，查看碎石化層的干濕狀態(tài)。若潮濕，則應(yīng)及時(shí)疏通、恢復(fù)排水槽。檢查坑可用挖出料回填，也可采用碎石回填。

5.3共振碎石化施工方案的選擇

為了減少施工對(duì)交通的影響，采用半幅封閉施工、半幅雙向通行的方案。為了驗(yàn)證共振碎石化對(duì)另半幅水穩(wěn)和ATB-25瀝青層強(qiáng)度的影響，對(duì)施工方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用分幅共振碎石化加鋪水穩(wěn)層后再實(shí)施另半幅共振碎石化施工，水穩(wěn)層彎沉代表值從共振破碎前的16.2（0.01mm）增大到26.4（0.01mm），增幅63%。結(jié)合水穩(wěn)層的驗(yàn)收彎沉值34.9（0.01mm），共振破碎對(duì)水穩(wěn)層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響較大。ATB-25瀝青層的驗(yàn)收彎沉值為51.6（0.01mm），共振破碎前彎沉代表值為29.2（0.01mm），共振破碎后彎沉代表值為34.5（0.01mm），增幅18%，共振破碎對(duì)ATB-25瀝青層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度影響不大。為在不影響施工質(zhì)量的前提下盡可能減小施工對(duì)交通的影響，將共振碎石化施工方案調(diào)整為：加鋪水穩(wěn)層路段采用先半幅共振破碎，待全幅共振破碎后再半幅攤鋪水穩(wěn)層；加鋪ATB-25瀝青穩(wěn)定碎石層路段采用先半幅共振破碎、攤鋪，之后再進(jìn)行另半幅共振破碎和攤鋪。

6 經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)

在實(shí)際工程應(yīng)用中，經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)已成為越來(lái)越重要的一環(huán)，很多時(shí)候，經(jīng)濟(jì)效益是工程建設(shè)方案比選的關(guān)鍵要素。根據(jù)海南省造價(jià)站信息及項(xiàng)目部投標(biāo)價(jià)格清單，對(duì)共振碎石化和綜合處治加鋪瀝青面層方案的價(jià)格估算進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　共振碎石化與綜合處治加鋪瀝青面層價(jià)格估算結(jié)果

從表4可以看出：換板處治的單價(jià)費(fèi)用遠(yuǎn)高于共振碎石化，約為共振碎石化的3.3倍，對(duì)于斷板和破碎板較多、路況較差的路段，共振碎石化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)尤為明顯。經(jīng)調(diào)查，陵大方向斷裂類病害占總板塊的52.11%，大陵方向斷裂類病害占總板塊的41.10%，雙向合計(jì)占總板塊的46.61%。還存在少量錯(cuò)臺(tái)、板底脫空、接縫碎裂、修補(bǔ)等病害。采用共振碎石化后加鋪18 cm瀝青面層的總價(jià)為259.0元/m2，采用綜合處治加鋪10 cm瀝青面層的總價(jià)為232.2元/m2，兩種方案的價(jià)格差別不大，但考慮到換板和壓漿工作周期較長(zhǎng)、施工工序復(fù)雜、廢棄材料對(duì)環(huán)境的影響及對(duì)反射裂縫的防治效果，共振碎石化技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

7 結(jié)語(yǔ)

國(guó)道G361陵水至大本段改建工程的實(shí)踐證明共振碎石化技術(shù)不僅具有交通影響小、改造周期短、減少堆棄、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，還可以有效解決瀝青加鋪層反射裂縫問(wèn)題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 邵文文.潭耒高速公路舊水泥路面共振破碎施工技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2013.

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U418.6

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1671-2668（2016）05-0123-03

2016-04-29