徐立俊

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

為了促進(jìn)和適應(yīng)經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)對(duì)交通運(yùn)輸?shù)囊螅覈?guó)沿海發(fā)達(dá)地區(qū)在改革開放40年修建了大量的水泥混凝土路面，特別是早期的國(guó)省道干線公路和重要城市道路，水泥路面成為主要的高等級(jí)路面結(jié)構(gòu)形式。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，交通荷載數(shù)量和軸重逐漸增加以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，早期的水泥路面材料不斷劣化，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的殘余壽命所剩無(wú)幾，甚至大量出現(xiàn)了各種結(jié)構(gòu)性損壞，如板塊斷裂、脫空、接縫擠碎等。長(zhǎng)期使用的舊水泥路面已經(jīng)不能滿足當(dāng)代人們對(duì)出行品質(zhì)的要求，需要重新構(gòu)建一種不僅在承載力上能滿足要求，還具有足夠舒適性的行車表面[1]。

水泥混凝土路面強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、板塊效應(yīng)顯著等使用性能上的優(yōu)點(diǎn)在遇到超載和維修養(yǎng)護(hù)時(shí)卻成了棘手的問(wèn)題，將破碎的水泥板挖除廢棄不僅污染了環(huán)境還浪費(fèi)了用地，而將出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性斷裂的舊水泥板進(jìn)一步碎石化，并在壓穩(wěn)的基礎(chǔ)上鋪筑瀝青罩面是一個(gè)對(duì)舊路面進(jìn)行改造的很好思路。

1 共振碎石化原理和性能特點(diǎn)

1.1 共振碎石化原理

共振破碎技術(shù)與常規(guī)的利用沖擊勢(shì)能原理將舊路強(qiáng)制打裂壓穩(wěn)技術(shù)不同，是通過(guò)車載智能化軟件自動(dòng)搜索分析待破碎舊水泥路面的固有頻率，再對(duì)振動(dòng)錘頭設(shè)置相近的頻率持續(xù)沖擊舊路面，產(chǎn)生高頻低幅的振動(dòng)能量，使水泥板與錘頭之間產(chǎn)生共振后達(dá)到破碎的目的[2]。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究與實(shí)踐表明，采用共振碎石化時(shí)錘頭頻率范圍為45～48Hz，振幅為10～20mm，平均行駛速度3.5～6.5Km/h，處理厚度適用于20～60cm厚的普通路面至機(jī)場(chǎng)道面。由于水泥路面板的固有頻率與基層及路基土相差較遠(yuǎn)，共振破碎時(shí)一般只有水泥混凝土面板產(chǎn)生共振破碎，對(duì)于舊路面基層、路基以及其下部涵洞等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)影響很小。

共振碎石化技術(shù)適用于舊水泥路面技術(shù)狀況評(píng)定為次或差，路面結(jié)構(gòu)遭到較大損壞的情況，通常路面狀況指數(shù)PCI要小于54～60，斷板率大于11～20，平均錯(cuò)臺(tái)量大于11～15mm，接縫傳荷系數(shù)小于31～55%。

1.2 性能特點(diǎn)與設(shè)計(jì)參數(shù)

共振碎石化后形成兩層不同級(jí)配和構(gòu)造的典型結(jié)構(gòu)，即從舊路頂面到10cm處的上部松散層，粒徑一般要求至上而下為0～7.5cm過(guò)渡，保證率達(dá)到85%，從10cm到板底處為下部結(jié)構(gòu)層，通常會(huì)形成斜向30～45°的貫通裂紋，間距約30cm，保證率達(dá)到80%。當(dāng)能夠形成這種兩層結(jié)構(gòu)時(shí)，其綜合力學(xué)性能比級(jí)配碎石層更為優(yōu)良，不僅可以利用上層的碎礫特性消除反射裂縫的發(fā)展，還可以利用下層的整體強(qiáng)度和咬合作用形成明顯的“拱效應(yīng)”，保留足夠的承載能力，提高加鋪瀝青層的抗彎拉疲勞性能。若舊水泥路面基層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度未破壞，共振碎石化層將形成了特殊的柔性上基層，該層回彈模量雖然低于整體性半剛性層，而且在豎向荷載下具有顯著的非線性特性，但下臥層如果剛度較大仍然會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)于級(jí)配碎石柔性基層的回彈模量，具有足夠的抗變形能力。研究表明，共振碎石化后的剛度可達(dá)到普通級(jí)配碎石的3倍左右，參數(shù)取值范圍為500～1000MPa。碎石化后由于舊水泥路面整體離散化，其體積通常會(huì)發(fā)生膨脹，但通常應(yīng)控制膨脹率不超過(guò)5%。另外，為了避免周邊受振動(dòng)影響，可在合適位置設(shè)置寬度不小于20cm的隔振溝適應(yīng)變形，并適當(dāng)鋪撒石屑等材料進(jìn)行填縫，利用超過(guò)10t的壓路機(jī)進(jìn)行壓穩(wěn)，撒布1～2L/m2的透層油，為下一步鋪筑瀝青層提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)平整的界面。

共振碎石化技術(shù)不僅可以充分利用舊水泥路面，還可以保護(hù)舊水穩(wěn)基層、路基等其他設(shè)施完好無(wú)損，并且整個(gè)施工過(guò)程噪音小，對(duì)居民干擾小。資源再生利用度高，不產(chǎn)生廢舊水泥混凝土等建筑垃圾，對(duì)環(huán)境污染、交通干擾小，施工效率高，節(jié)省了路面維修改造的全壽命周期養(yǎng)護(hù)成本，綜合效益顯著。

2 特殊路段處理與注意事項(xiàng)

2.1 特殊路段技術(shù)措施

共振碎石化的特殊路段處理主要是指可能出現(xiàn)的脫空路段的處理，為了形成一個(gè)平整堅(jiān)實(shí)的界面，通常要將表面高程誤差限制在2cm。針對(duì)高差過(guò)大的情況主要通過(guò)施工碾壓完成后在脫空處進(jìn)行開挖回填處治。如碎石化碾壓完畢后破碎層表面存在的豎向位移為2～10cm，應(yīng)及時(shí)采用碎石進(jìn)行回填，回填料的粒徑與級(jí)配應(yīng)與上面層保持一致并滿足相關(guān)規(guī)范要求。若檢測(cè)發(fā)現(xiàn)豎向位移超過(guò)10cm，則可采用早強(qiáng)水泥或摻早強(qiáng)劑的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，強(qiáng)度不小于C10。若共振碎石化后脫空對(duì)應(yīng)區(qū)域的粒徑過(guò)大，存在明顯大于其它路段的碎塊，則應(yīng)挖除該區(qū)域?qū)?yīng)的破碎層，回填碎石并壓實(shí)。

采用共振碎石化技術(shù)應(yīng)盡可能保護(hù)碎石化前的排水系統(tǒng)，避免引起排水通道堵塞、截?cái)嗟惹闆r，影響排水效率?？稍诩愉仦r青層之前的整個(gè)施工段內(nèi)開挖1m×1m的檢查坑，查看碎石化層是否處于干燥狀態(tài)，若潮濕，則應(yīng)仔細(xì)檢查路面邊緣排水系統(tǒng)并及時(shí)疏通或整改。檢查坑可用挖出料回填，也可采用石屑回填。

碎石化完成后為了保證碾壓質(zhì)量，采用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓時(shí)相鄰碾壓帶應(yīng)重疊10～20cm，而采用輪胎壓路機(jī)碾壓時(shí)相鄰碾壓帶應(yīng)重疊1/3～1/2的碾壓輪寬度。對(duì)路面邊緣、加寬及城市道路中港灣式?？空具M(jìn)出口等大型壓路機(jī)難于發(fā)揮效果的部位，可采用自重1～2t的小型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行補(bǔ)充碾壓。

2.2 注意事項(xiàng)

共振碎石化雖然不會(huì)直接破壞路面以下的各結(jié)構(gòu)層和構(gòu)造物，但由于水泥板破碎后的體積變化，以及板塊的位移等，在城市道路路面采用該工法時(shí)可能會(huì)對(duì)處于較近的各類管線產(chǎn)生影響，破碎過(guò)程中應(yīng)充分考慮周邊管線的安全性。比如在現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)物探資料對(duì)管線做出明確標(biāo)記和實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保豎直向安全距離和水平向安全距離。一般而言，當(dāng)管線埋設(shè)深度小于距離水泥板底部大于80cm時(shí)可以正常進(jìn)行共振碎石化，距離為50～80cm時(shí)應(yīng)進(jìn)行充分調(diào)查論證后使用，當(dāng)距離小于50cm時(shí)不采用。

3 瀝青加鋪層設(shè)計(jì)

瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)重點(diǎn)根據(jù)碎石化后舊路的回彈模量進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，即在方案設(shè)計(jì)時(shí)將碎石化層看成柔性基層，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)回彈模量進(jìn)行擬定，在碎石化完成應(yīng)當(dāng)以實(shí)測(cè)的動(dòng)態(tài)彎沉進(jìn)行模量反算得到實(shí)際的設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)模量值超過(guò)初擬值的時(shí)候可采用原方案，當(dāng)?shù)陀诔鯏M值時(shí)應(yīng)按實(shí)測(cè)的代表值進(jìn)行優(yōu)化[3]。加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)適用交通量不斷增長(zhǎng)和重車增多的需要，使路面在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)滿足相應(yīng)的使用要求。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)擬改造的路面交通狀況為重交通、特重交通時(shí)，加鋪層結(jié)構(gòu)分上中下三層鋪筑，總厚度為18～25cm，當(dāng)交通狀況為中等交通時(shí)，加鋪層結(jié)構(gòu)總厚度為15～20cm。

4 結(jié)語(yǔ)

研究表明，采用先進(jìn)的共振碎石化技術(shù)進(jìn)行舊水泥路面改造不僅可以使得碎石化的顆粒級(jí)配粗細(xì)搭配良好，還能通過(guò)面板下層的整體斜向咬合裂縫形成拱效應(yīng)提供一定的抗彎拉強(qiáng)度。這種獨(dú)特的碎石化構(gòu)造在減少目前白加黑路面普遍存在的反射裂縫問(wèn)題以及由于舊水泥路面與瀝青層模量相差較大帶來(lái)的層間剪應(yīng)力過(guò)大的問(wèn)題具有顯著作用，同時(shí)碎石化后整體強(qiáng)度喪失不會(huì)太大，仍然具有足夠的承載能力，可以充當(dāng)基層的作用，充分利用了舊路資源。由于不需要設(shè)置基層，將減少路面標(biāo)高提升20～30cm，這更適用于對(duì)于周邊地塊開發(fā)程度較高，需要考慮排水、接順現(xiàn)狀平交口等問(wèn)題的道路，是一項(xiàng)綜合性能優(yōu)良的舊路改造技術(shù)。