周文芳，周密，王穎

（1.湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.湖南鼎同工程科技有限公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

隨著公路路面改建工程的增加，共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越多。共振碎石化技術(shù)是基于共振原理，使碎石化設(shè)備產(chǎn)生與舊水泥板固有頻率相同的振動(dòng)頻率，將水泥混凝土路面板破碎成上層松散、下層開裂的碎石化粒料層。由于共振只對(duì)面層起作用而不會(huì)沖擊路基，因此共振碎石化技術(shù)在高速公路及國(guó)道改建工程中應(yīng)用廣泛。目前關(guān)于共振碎石化的研究主要集中在施工過(guò)程和參數(shù)設(shè)置上，對(duì)于共振碎石化后碎石層檢測(cè)項(xiàng)目及指標(biāo)的研究較少。本文依托國(guó)道G107湘潭段水泥混凝土路面大修工程，從檢測(cè)角度對(duì)碎石化層進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，為其他公路相關(guān)檢測(cè)提供參考。

1 檢測(cè)規(guī)范

根據(jù)研究項(xiàng)目的不同，針對(duì)碎石化工程所做的檢測(cè)類型非常多，這與碎石化項(xiàng)目繁多及各項(xiàng)目檢測(cè)條件差異有關(guān)，但尚未看到針對(duì)碎石化結(jié)構(gòu)層的完整檢測(cè)評(píng)價(jià)研究資料。目前工程中對(duì)于碎石化層的質(zhì)量評(píng)定依據(jù)仍為《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F/80/1—2017）[1]，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定路面基層實(shí)測(cè)項(xiàng)目包括壓實(shí)度、彎沉、平整度、縱斷高程、寬度、厚度、橫坡等7項(xiàng)，對(duì)于碎石化層而言針對(duì)性不強(qiáng)。國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中提到關(guān)于碎石化施工檢測(cè)指標(biāo)的是《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》（JTGT F31—2014）[2]，該細(xì)則中規(guī)定的碎石化檢測(cè)項(xiàng)目主要包括兩項(xiàng)：①就地碎石化施工后應(yīng)開挖試坑，檢驗(yàn)破碎后各層粒徑大小是否符合要求；②在乳化瀝青封層破乳穩(wěn)定后檢測(cè)頂面當(dāng)量回彈模量值。

各地根據(jù)本地區(qū)常用破碎機(jī)械類型、施工經(jīng)驗(yàn)紛紛出臺(tái)了相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)，如：上海市地方標(biāo)準(zhǔn)[3]中提出應(yīng)檢測(cè)破碎層上部及下部粒徑、小于0.075mm粒徑含量、破碎層厚度、原水泥混凝土板厚度、破碎層回彈模量等指標(biāo)；陜西省地方標(biāo)準(zhǔn)[4]對(duì)于共振碎石化后結(jié)構(gòu)層強(qiáng)度的檢測(cè)主要依托貝克曼梁檢測(cè)彎沉值，并對(duì)彎沉值的變異系數(shù)提出了要求；四川省地方標(biāo)準(zhǔn)[5]則對(duì)顆粒級(jí)配、回彈彎沉、回彈模量提出了要求?？梢?，不同地區(qū)對(duì)于碎石化層應(yīng)檢測(cè)的項(xiàng)目及指標(biāo)都有不同見解。

2 檢測(cè)方法

總體而言，目前各地區(qū)共振碎石化項(xiàng)目檢測(cè)重點(diǎn)主要包括三方面：顆粒尺寸及分布、模量值檢測(cè)、彎沉值檢測(cè)。本論文依托國(guó)道G107的K1794+000—K1806+000段進(jìn)行參數(shù)檢測(cè)。

2.1 顆粒尺寸及分布

從破碎后的現(xiàn)場(chǎng)（圖1）可以看出，該路段表面破碎效果已達(dá)到預(yù)期，表面顆粒細(xì)小而均勻，絕大部分顆粒粒徑都在5cm以下，且混凝土板塊邊緣處已無(wú)接縫，因此，表面層不具備產(chǎn)生較大位移的條件。

圖1 原水泥路面表層破碎情況

上層破碎層厚度約為10cm，顆粒粒徑均小于5cm，且屬于散粒結(jié)構(gòu)，類似于級(jí)配碎石結(jié)構(gòu)層，但集料嵌擠情況優(yōu)于級(jí)配碎石。下層厚度則根據(jù)水泥混凝土板厚度確定，下層顆粒粒徑一般在15cm之內(nèi)，如圖2所示?？傮w而言，下層顆粒相互嚙合嵌擠，裂縫破裂角度與水平方向呈42～46°，即沿最大剪切面破裂，該角度可以獲得比垂直裂縫更大的模量，從而將荷載分散到更大的區(qū)域。

圖2 原水泥路面下層開裂情況

值得注意的是，在檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)該對(duì)路面破碎層厚度進(jìn)行檢測(cè)，而非僅僅檢測(cè)破碎層粒徑結(jié)構(gòu)。碎石層上層越厚，則整個(gè)碎石層小粒徑顆粒越多，整體模量越低，瀝青加鋪層層底拉應(yīng)力將越大，路表彎沉也會(huì)增大。若表面破碎層過(guò)薄，則極有可能達(dá)不到期望效果，瀝青路面鋪筑后將產(chǎn)生反射裂縫。研究表明[6]，上層破碎層厚度應(yīng)盡量控制在14cm左右。另外，還需要注意粒徑小于0.075顆粒含量，一般而言這一含量不超過(guò)7%[3]則認(rèn)為沒有過(guò)振。

2.2 回彈模量檢測(cè)

公路工程中，通常用回彈模量來(lái)表征結(jié)構(gòu)層的強(qiáng)度和變形能力。因此，準(zhǔn)確測(cè)試回彈模量對(duì)路基路面質(zhì)量評(píng)價(jià)工作非常重要。本路段回彈模量檢測(cè)儀器為承載板。在檢測(cè)過(guò)程中，對(duì)于承載板應(yīng)加壓到哪一級(jí)結(jié)束并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)規(guī)范中承載板測(cè)試土基回彈模量的方法[7]，當(dāng)回彈變形值超過(guò)1mm時(shí)，即可停止加載。而碎石層的回彈變形量不能達(dá)到1mm，依據(jù)本路段自身特性及表1數(shù)據(jù)分布規(guī)律可以得出，從測(cè)力環(huán)讀數(shù)18級(jí)后總變形量略有增加，但回彈變形量幾乎相同。據(jù)此推斷，此時(shí)承載板加載已經(jīng)到達(dá)其下方彈性層的水泥混凝土路面層，再進(jìn)行加載檢測(cè)意義不大。

表1 承載板測(cè)定碎石層回彈模量計(jì)算表

初次破碎后，檢測(cè)得出該段回彈模量值在338～695MPa之間（如表2中第2列所示），85%以上監(jiān)測(cè)點(diǎn)回彈模量大于設(shè)計(jì)要求（大于400MPa），但在編號(hào)11處出現(xiàn)異常大數(shù)據(jù)695MPa，雖然符合設(shè)計(jì)要求，但是數(shù)據(jù)過(guò)大可能是原水泥混凝土路面破碎不徹底所致，對(duì)于此類變異較大的數(shù)據(jù)應(yīng)尤其注意，防止后期反射裂縫的發(fā)生。

2.3 彎沉值檢測(cè)

本項(xiàng)目采用5.4m貝克曼梁檢測(cè)路面彎沉值。對(duì)破碎前混凝土板塊及破碎后碎石化層均進(jìn)行了彎沉值檢測(cè)，并計(jì)算彎沉變異系數(shù)。各段檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2第3列所示，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可知，彎沉值相差不大，且變異系數(shù)為5.6%（小于35%）。因此，可以認(rèn)為本標(biāo)段彎沉值及其差異性滿足要求。

3 檢測(cè)項(xiàng)目的相關(guān)關(guān)系

針對(duì)碎石化表層粒徑級(jí)配而言，顆粒粒徑越小表示破碎程度越高。由檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，表層顆粒越小，其對(duì)應(yīng)的回彈模量值越小。

目前，針對(duì)土基回彈模量與彎沉值相關(guān)關(guān)系的研究很多，形成了一系列經(jīng)驗(yàn)公式，如《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450—2019）[7]中就提到土基、路基路面的回彈模量（E1）或既有道路的綜合回彈模量可以用(1-a計(jì)算；《公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F20—2015）[8]規(guī)定路基頂面的回彈彎沉可以按l0=9308E-0.9380 計(jì)算，該公式由大量專家學(xué)者及道路工程師基于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)推算得來(lái)，目前在路基檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。

由于材料及結(jié)構(gòu)層的差異，將碎石層回彈模量值代入經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算偏差較大，偏差一般在6%～30%，如表2所示。但是根據(jù)回彈模量及彎沉實(shí)測(cè)值仍可以看出相關(guān)規(guī)律，即回彈模量越大，對(duì)應(yīng)的彎沉值越小。因此，對(duì)于不方便采用承載板進(jìn)行回彈模量檢測(cè)的路段，可以通過(guò)試驗(yàn)段進(jìn)行回彈模量及彎沉值檢測(cè)，根據(jù)設(shè)計(jì)回彈模量推斷出對(duì)應(yīng)的彎沉值。

4 結(jié)語(yǔ)

碎石化層破碎質(zhì)量直接關(guān)系到改建路面質(zhì)量及使用過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)反射裂縫。針對(duì)碎石化層的檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)包含破碎層粒徑、回彈模量及彎沉，通過(guò)這些參數(shù)基本能夠得出碎石化層的質(zhì)量狀態(tài)，具體檢測(cè)過(guò)程中有以下注意事項(xiàng)。

（1）對(duì)于破碎層，粒徑檢測(cè)應(yīng)包含表層碎石粒徑及下層開裂情況，具體指標(biāo)包括厚度、粒徑等，表面層粒徑小于0.075顆粒含量以不超過(guò)7%為宜。對(duì)于碎石化層下層，應(yīng)觀察粒徑大小及開裂角度等。

（2）對(duì)于回彈模量，應(yīng)根據(jù)原水泥混凝土路面情況及承載板試驗(yàn)確定施壓等級(jí)后再進(jìn)行檢測(cè)。在回彈模量檢測(cè)過(guò)程中，除了數(shù)值應(yīng)不小于設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)該特別關(guān)注過(guò)大數(shù)據(jù)，判斷其是否為破碎不徹底造成，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行補(bǔ)充破碎。

（3）由實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，碎石層回彈模量與彎沉呈負(fù)相關(guān)，即回彈模量越大，對(duì)應(yīng)的彎沉值越小。可以對(duì)試驗(yàn)段進(jìn)行回彈模量及彎沉值檢測(cè)，根據(jù)彎沉值推斷相應(yīng)的設(shè)計(jì)回彈模量指標(biāo)。