中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064

1 共振碎石化技術(shù)概述

水泥砼路面具有造價(jià)低、壽命長(zhǎng)、耐水侵、承載力強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，在路面改造中得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)早期建設(shè)的水泥路面都面臨提質(zhì)改造，一般改造成瀝青砼路面，俗稱(chēng)“白改黑”。其方法大致可以分為直接加鋪和破除重建兩大類(lèi)。直接加鋪是對(duì)舊路面采取措施處理后直接加鋪瀝青面層，適用于交通量不大且水泥面板及路基狀態(tài)良好的城市道路。破除重建是將舊路面破碎移走后重新做基層，再加鋪瀝青面層，該方法費(fèi)用昂貴，破壞環(huán)境，目前很少采用該方法改造路面。鑒于上述方法存在的缺點(diǎn)和局限性，共振碎石化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

共振碎石化技術(shù)是將持續(xù)產(chǎn)生的高頻低幅振動(dòng)能量，通過(guò)破碎錘頭傳遞到水泥板塊內(nèi)，使水泥板與之產(chǎn)生共振后發(fā)生破碎，破碎裂紋與路表呈30°～60°夾角分布。其優(yōu)勢(shì)包括地層碎塊粒徑稍大且互相嵌鎖，有利于破碎后的結(jié)構(gòu)能保持較好的承載力；表層碎塊粒徑略小，力學(xué)模式更趨向于級(jí)配碎石。

2 城市主干道概況

該項(xiàng)目位于廣西某市城北區(qū)火車(chē)站片區(qū)，道路南起八達(dá)西路，北至黃田鎮(zhèn)國(guó)土資源所附近（X991縣道），擬改造道路路線全長(zhǎng)約為2.8km。既有道路路面寬為15m，屬于一幅路形式，路面為水泥砼路面，路面狀況良好，機(jī)非混行。規(guī)劃紅線40m外均已建成3～7層不等的樓房，樓房前與既有道路之間均用于停車(chē)，無(wú)人行道。根據(jù)地質(zhì)資料，既有機(jī)動(dòng)車(chē)道路面自上而下為C30砼面板厚20～30cm；水泥穩(wěn)定碎石層厚20～90cm；素填土層。

該道路所處區(qū)域?yàn)閹r溶地區(qū)，溶洞較為發(fā)育，但其上大多有2.5～4m厚的黃土層覆蓋形成“保護(hù)殼”，按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，道路施工在“保護(hù)殼”上完成即可，無(wú)需對(duì)下臥溶洞進(jìn)行處理，只有局部溶洞埋設(shè)較淺段需要采用必要的措施。此外，該道路前幾年經(jīng)過(guò)多次局部整修，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域既有砼面板薄且水穩(wěn)層厚度僅有20cm，這樣的路面構(gòu)造是難以達(dá)到主干道改造設(shè)計(jì)指標(biāo)，也對(duì)后期共振碎石化技術(shù)提出了更高的要求。

3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的選擇

3.1 砼路面直接瀝青罩面

按常規(guī)思路，該主干道改造路面狀況良好，通常對(duì)路面完整區(qū)域進(jìn)行直接瀝青罩面處理，并根據(jù)不同路損情況采取不同的處理方案。破損程度輕：即現(xiàn)有砼板塊上存在少量路面裂縫，無(wú)沉陷、坑槽、錯(cuò)臺(tái)等嚴(yán)重病害時(shí)，進(jìn)行灌縫處理。破損程度中：即局部破碎、橫向裂縫、斷角等病害的路段，進(jìn)行局部切除然后恢復(fù)。破損程度重：即板塊出現(xiàn)大面積嚴(yán)重的破碎，縱、橫向貫通斷裂、沉陷、錯(cuò)臺(tái)、脫空等病害，則將整塊板破損并清理，然后再行恢復(fù)。

機(jī)動(dòng)車(chē)道砼路面罩面采用三層瀝青砼，分別為表面層，細(xì)粒式瀝青砼（AC-13C）4cm；中面層，中粒式瀝青砼（AC-20C）6cm；調(diào)平層，粗粒式瀝青砼（AC-25C）7～20cm。

該方案是在缺少路面檢測(cè)資料，基于節(jié)省投資的設(shè)計(jì)理念的前提下考慮的，后期道路運(yùn)營(yíng)中可能局部出現(xiàn)病害需要處理（前期未發(fā)現(xiàn)砼面板錯(cuò)臺(tái)、脫空等病害處）。但在項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)展中，了解到既有道路前后經(jīng)過(guò)數(shù)次局部改造，由于原有面板基層厚度不一，改造效果均差強(qiáng)人意，耐久性差，從而使用共振碎石化技術(shù)工藝進(jìn)行比較。

3.2 共振碎石化處理既有砼路面

該方案在路面碎石化過(guò)程中能夠有效發(fā)現(xiàn)地質(zhì)不良區(qū)域（砼面板下軟弱層吸收共振波能量，砼面板不能碎化完整，呈大顆粒狀），從而能夠完全避免不良地質(zhì)區(qū)段遺漏，確保道路使用期間不發(fā)生沉降變形。該改造道路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)定位為城市主干道（交通流量大），對(duì)應(yīng)瀝青面層下部的基層需要采用剛性基層（水泥砼）或半剛性基層（水穩(wěn)碎石），這樣才能確保瀝青面層的正常使用壽命和功能。采用共振碎石化既有砼面板，經(jīng)碾壓后能夠達(dá)到半剛性基層要求，而后再直接加鋪瀝青面層。路面結(jié)構(gòu)層如下：表面層，細(xì)粒式瀝青砼（AC-13C）4cm；中面層，中粒式瀝青砼（AC-20C）6cm；下面層，粗粒式瀝青砼（AC-25C）7cm；下封層，改性乳化瀝青0.6cm；基層，既有砼面板碎石基層。

3.3 方案比較及推薦

（1）局部修復(fù)后直接加鋪瀝青面層方案。優(yōu)點(diǎn)是前期投資省。缺點(diǎn)是僅對(duì)目前局部明顯破損的砼面板進(jìn)行破除重鋪，后期存在砼斷板隱患，維護(hù)費(fèi)用較多；不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)既有砼面板下地質(zhì)不良區(qū)域，存在隱患。

（2）共振碎石化直接加鋪瀝青面層方案。優(yōu)點(diǎn)是將既有砼面板全部破碎，消除了后期斷板隱患，后期維護(hù)費(fèi)用較少；發(fā)現(xiàn)地質(zhì)不良區(qū)域能及時(shí)處理，消除后期隱患。缺點(diǎn)是砼路面碎石化施工期間噪聲較大，前期投資高。

綜合考慮，推薦采用共振碎石化后直接加鋪瀝青面層方案。

4 路面結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)

經(jīng)過(guò)比選和必要的專(zhuān)家論證，最終既有砼路面改造采用共振碎石化技術(shù)，水泥砼路面再生后頂面當(dāng)量回彈模量預(yù)估值為100～180MPa，實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度代表值≤30MPa；而如果其預(yù)估值為140～220MPa，則實(shí)測(cè)抗壓強(qiáng)度代表值＞30MPa。其他施工技術(shù)要求按《公路水泥砼路面再生利用技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F31—2014）執(zhí)行。

5 軟基及不規(guī)范地段的方案處理

既有主干道前期有部分區(qū)域路面結(jié)構(gòu)層較不規(guī)范，不僅砼面板厚度偏小，其下水穩(wěn)層厚度最薄也僅有20cm，遠(yuǎn)達(dá)不到最低標(biāo)準(zhǔn)，這樣不規(guī)范及部分因巖溶地層而形成的軟基地段，需要及時(shí)進(jìn)行處理。結(jié)合共振碎石化的技術(shù)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，最終現(xiàn)場(chǎng)采用如下方案：對(duì)實(shí)測(cè)彎沉大于1mm的路段，開(kāi)挖1.45m，從頂?shù)降装?5cm廠拌改善（2.5%水泥替代石粉）級(jí)配碎石（壓實(shí)度不小于98%，彎沉值不大于0.5mm）+20cm C20素水泥砼+30cm級(jí)配碎石回填（分兩層壓實(shí)，壓實(shí)度不小于96%，彎沉值不大于1mm）+約30cm經(jīng)共振碎石化砼面板材料（上路床，壓實(shí)度不小于95%，彎沉值不大于2.5mm）+50cm的片石（下路床，現(xiàn)場(chǎng)分層壓實(shí)無(wú)車(chē)轍?。┻M(jìn)行換填。

其中，在實(shí)施之前的專(zhuān)家評(píng)審會(huì)上，參會(huì)專(zhuān)家對(duì)設(shè)計(jì)提出的處理方案表示認(rèn)可，同時(shí)提出將頂部35cm中的15cm廠拌改善（2.5%水泥替代石粉）級(jí)配碎石+20cm C20水泥砼替換為兩層18cm水泥穩(wěn)定碎石（4%+6%）的比較方案，最終比較及推薦表如表1所示（僅對(duì)換填頂部?jī)蓪舆M(jìn)行比較）。

表1 頂部?jī)蓪犹幚矸桨副容^及推薦表

6 超低填方段的方案處理

局部地段道路瀝青鋪筑厚度＜9cm，考慮原有砼路面采用共振碎化工藝及原有砼面板下為20～25cm厚級(jí)配碎石的情況，再結(jié)合共振碎石化技術(shù)工藝的特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)采用處理措施如下：開(kāi)挖至原有砼面板下級(jí)配碎石頂面，而后由上而下鋪筑4cm厚SBS改性AC-13C細(xì)粒式瀝青砼+6cm厚AC-20C中粒式瀝青砼+AC-20C中粒式瀝青砼調(diào)平（瀝青鋪筑厚度＞5cm段）+10cm廠拌改善（2.5%水泥替代石粉）級(jí)配碎石（壓實(shí)度不小于98%，彎沉值不大于0.5mm）+20cm厚C20素水泥砼。

7 共振碎石化應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

共振碎石化技術(shù)在該市還是首次運(yùn)用，無(wú)論是建設(shè)單位、施工單位，還是監(jiān)理單位都是首次接觸該技術(shù)，對(duì)該道路各個(gè)工序的檢測(cè)指標(biāo)都是通過(guò)參建四方共同簽字認(rèn)可后方可繼續(xù)，對(duì)于部分因原路面結(jié)構(gòu)偏薄及軟基地段而采取的處理方案也經(jīng)過(guò)反復(fù)論證后才能實(shí)施。截至目前，該道路竣工通車(chē)近3年，路面各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足要求。同時(shí)，該技術(shù)極大節(jié)省道路施工時(shí)間，減小對(duì)社會(huì)的影響，為該技術(shù)后期在該市其他道路的改造應(yīng)用中打下了良好基礎(chǔ)。

8 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)內(nèi)城市道路前期建設(shè)時(shí)大多采用砼路面，運(yùn)營(yíng)時(shí)帶來(lái)的噪聲、粉塵污染均極大影響了市容市貌，絕大部分城市都在推進(jìn)“白改黑”進(jìn)程，相對(duì)于傳統(tǒng)的修補(bǔ)后罩面工藝，共振碎石化技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，具有較高的推廣和應(yīng)用價(jià)值。