文／陳竹婷 湖南大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410002

1.項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于天心經(jīng)開(kāi)區(qū)工業(yè)園區(qū)內(nèi)，道路兩廂企業(yè)、居民房林立，改造施工干擾因素多，如何快速施工，采用環(huán)保工藝，最大限度的降低施工對(duì)園區(qū)生產(chǎn)及居民生活的影響是本項(xiàng)目的重難點(diǎn)。

本次設(shè)計(jì)范圍包括伊萊克斯大道、暮云大道、南湖大道、南二線、南三線、北環(huán)中路、東環(huán)二路7 條城市道路，總里程約8.1km。其中，伊萊克斯大道、暮云大道為城市主干道，南湖大道為城市次干道，其他道路均為城市支路。原道路均為水泥混凝土路面，路面結(jié)構(gòu)層厚20 ～25cm，通車(chē)年限在15年以上，路面已出現(xiàn)不同程度的損壞。

2.傳統(tǒng)道路改造方式的特點(diǎn)分析

改造范圍內(nèi)的道路建成年代久遠(yuǎn)，修建標(biāo)準(zhǔn)不高，路面的結(jié)構(gòu)層整體較薄，且老路兩廂居住用地、工業(yè)用地已成型，地下管網(wǎng)分布復(fù)雜，改造后路面不可以太過(guò)高于現(xiàn)狀路面標(biāo)高。在以往的改造中是通常是將原有路面結(jié)構(gòu)層徹底挖除，再將全新的路面結(jié)構(gòu)層鋪筑在原來(lái)的路基之上。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該方案存在諸多不足：

第一，項(xiàng)目所在片區(qū)屬于工業(yè)園區(qū)，交通壓力大，車(chē)輛行人密集，必須要重視道路改造對(duì)交通造成的影響。而將現(xiàn)狀道路結(jié)構(gòu)層挖除重建的方式施工工期過(guò)長(zhǎng)，對(duì)現(xiàn)狀片區(qū)交通干擾過(guò)大。

第二，地下管線以及路面公共設(shè)施維護(hù)難度大，改造過(guò)程應(yīng)該認(rèn)真考慮地下管線工程，片區(qū)已建成道路地下管網(wǎng)布置復(fù)雜，有弱電、雨水、污水、給水、交通信號(hào)燈管線以及路燈管線等等，且因建成年代久遠(yuǎn)，缺乏相關(guān)管線的準(zhǔn)確資料。整體破除開(kāi)挖將對(duì)現(xiàn)狀管線造成不可預(yù)估的破壞，耽誤施工進(jìn)度，影響居民生活，甚至造成重大損失。

第三，改造道路均處于成熟的片區(qū)內(nèi)部，施工過(guò)程將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，不符合環(huán)保要求。

第四，路基臨時(shí)排水難度較大。在原有路段施工，開(kāi)挖深度大，遇到下雨天，無(wú)法迅速排出雨水，將導(dǎo)致路基浸水，影響工程質(zhì)量，耽誤施工周期。

第五，施工材料損耗相當(dāng)多，浪費(fèi)大量的資源。挖掉現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)層，運(yùn)走已經(jīng)廢棄的材料，再將新材料運(yùn)進(jìn)來(lái)，鋪設(shè)新路通常要花費(fèi)很多人力以及施工材料。

綜上所述，在本次改造設(shè)計(jì)中，需要突破以往的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，采用新的“白改黑”方案。

3.“白改黑”設(shè)計(jì)方案比較

目前“白改黑”方法大致可分為：破除重建加鋪、水泥板直接加鋪、就地碎石加鋪三大類(lèi)。其中就地碎石加鋪又分為：“沖擊破碎+基層+瀝青”、“共振碎石直接加鋪”。各自特點(diǎn)比較如下表1：

表1 “白改黑”設(shè)計(jì)方案比較表

通過(guò)以上比較，本項(xiàng)目針對(duì)片區(qū)各道路特點(diǎn)，選用如下方案：（1）伊萊克斯大道、暮云大道：基于雨污分流，需大面積開(kāi)挖溝槽的情況，采用“破除重建加鋪”。（2）南湖大道：基于老路病害較多，交通重載量大、周邊建筑和地下管線密集的情況，采用“共振碎石直接加鋪”。（3）其他支路：基于老路病害較少，路面以輕型交通為主的情況，采用“水泥板直接加鋪”。

4.共振碎石化加鋪設(shè)計(jì)

4.1 共振碎石化原理

共振碎石化技術(shù)，簡(jiǎn)單來(lái)講，是指利用機(jī)械共振手段將原有的水泥混凝土路面，破碎成可以在鋪設(shè)基層中應(yīng)用的碎石，通過(guò)碾壓成型，讓剛性路面可以成為瀝青混凝土路面的基層，然后實(shí)施瀝青混凝土面層加鋪的路面再生施工工藝。

共振碎石化技術(shù)在徹底根除反射裂縫的同時(shí)最大程度利用了原有面板的剩余強(qiáng)度。一般來(lái)說(shuō)，共振碎石化有很多優(yōu)勢(shì)，其具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

第一，進(jìn)行破碎后的混凝土碎塊尺寸，自小至大每層均勻分布?；炷羶?nèi)振動(dòng)的衰減梯度使得上層的破碎粒徑很小，下層破碎粒徑很大，在完成現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量后，粒徑往往是3cm 到20cm 之間。此破碎后粒徑分布的有利之處是：頂部破碎粒徑很小的一層作為良好的碎石層可以有效消除反射裂縫，而底部破碎粒徑很大的一層板塊可以承載住原有的混凝土板塊。

第二，破碎深度可以控制，防止對(duì)路面基層造成破壞。通常，破碎設(shè)備可以利用調(diào)節(jié)振幅以及振頻等多種方法，對(duì)破碎深度進(jìn)行控制，出現(xiàn)與被破碎物體固有頻率非常接近的振動(dòng)，在二者共振的一瞬間，工作錘向前面進(jìn)行移動(dòng)，使垂直向下不具有較強(qiáng)的沖擊力。并且因?yàn)樵诠逃蓄l率上，原路面水穩(wěn)層及路基材料與混凝土面板材料有明顯的不同，所以不能出現(xiàn)共振，防止受到破壞。

第三，可以將反射裂縫及時(shí)消除。利用共振破碎機(jī)來(lái)高頻打擊路面，水泥混凝土面板很快變成分散粒料，導(dǎo)致整個(gè)混凝土面板都碎石化。由于混凝土面板無(wú)預(yù)留接縫以及裂縫的應(yīng)力集中點(diǎn)，所以自然就可以將很多病害消除，比如：脫空以及坑洞等等。

第四，施工效率較高。通常，共振碎石化施工程序不復(fù)雜，生產(chǎn)率每天超過(guò)2000 ㎡，能夠使路面改造的施工效率得到顯著提升。

第五，對(duì)沿線城市環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境不會(huì)造成很大的影響。因?yàn)樾侣访娼Y(jié)構(gòu)基層是二次利用共振破碎結(jié)束后的混凝土廢料，所以整個(gè)過(guò)程都不會(huì)出現(xiàn)任何的建筑垃圾，也不會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境；對(duì)破碎過(guò)程中無(wú)粉塵，不會(huì)導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降；共振破碎通常沒(méi)有很大的振幅，可以明顯降低施工中產(chǎn)生的噪聲污染。

共振設(shè)備將產(chǎn)生的持續(xù)低幅高頻的振動(dòng)能量，通過(guò)破碎錘頭傳遞到混凝土塊內(nèi)部產(chǎn)生共振。當(dāng)振動(dòng)頻率與水泥混凝土板自振頻率相同時(shí)產(chǎn)生共振。共振破碎的工作錘頭在激發(fā)路面共振的同時(shí)快速向前移動(dòng)，從而使振碎的裂紋與路面形成30°～60°的夾角。這種獨(dú)特的斜向開(kāi)裂使得舊水泥混凝土板碎裂成上部為均勻的碎石粒料層、下部為相互嵌鎖的混凝土石料層。上部碎石層可較好地消除路面反射裂縫，同時(shí)也利于路面滲水的橫向排除；而下部原位嵌鎖層則使基層的承載能力得到了提高。因此，舊混凝土路面共振碎石化后，無(wú)需再增加其他基層結(jié)構(gòu)或應(yīng)力吸收層，而直接加鋪瀝青面層即可。

4.2 共振碎石化路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)如下：原混凝土路面共振破碎+7cm 粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）下面層+5cm 中粒式瀝青混凝土（AC-20C）+4cm 瀝青馬蹄脂碎石混合料（SMA-13）上面層。路面結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 碎石化路面結(jié)構(gòu)圖

碎石化層分為兩層：上面層是7cm 的碎石層，碾壓后密實(shí)，起到應(yīng)力吸收和吸排路面滲水的作用。下面層為15cm 斜向嵌鎖承重層。

4.3 共振碎石化施工控制要點(diǎn)

（1）通過(guò)控制共振頻率、振幅、最高壓力及移動(dòng)速度等施工參數(shù)，使碎石尺寸在3-20cm 之間，上部均勻的碎石粒料層，下部為緊密的嵌鎖結(jié)構(gòu)。以防止反射裂縫，同時(shí)提高路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。施工參數(shù)如圖2 示意。

圖2 碎石化路面施工參數(shù)示意圖

（2）采用高頻低幅的振動(dòng)能量，不破壞周邊結(jié)構(gòu)物和地下管線。

（3）全斷面、全深度、全方位無(wú)死角的破碎，確保破碎后沒(méi)有成塊的斷層。

（4）破碎頭全浮動(dòng)與地面恒壓接觸，同步升降，破碎均勻。

（5）破碎頭緊靠路肩車(chē)輪外側(cè)邊緣施工，可貼邊破碎，無(wú)作業(yè)盲區(qū)。

（6）混凝土與鋼筋有效脫離，清除鋼筋，不致引起局部應(yīng)力集中。

（7）碎化后，局部坑洼地段可用瀝青碎石或者級(jí)配碎石等結(jié)構(gòu)性質(zhì)相同的材料找平，使路面結(jié)構(gòu)層更連續(xù)。

（8）共振破碎后可適當(dāng)開(kāi)放交通使碎石面盡早板結(jié)形成強(qiáng)基，消除基底隱患。

（9）不同厚度的路面結(jié)構(gòu)的自振頻率不同，鋼筋混凝土與普通混凝土路面破碎所需的震動(dòng)能也不同，同時(shí)應(yīng)考慮對(duì)既有管線及地基的保護(hù)，因此正式施工前應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)段施工，以確定共振破碎機(jī)施工參數(shù)。

（10）施工完成后應(yīng)進(jìn)行抽芯，對(duì)“粒徑大小”、“是否咬合”、“是否斜向裂縫”等指標(biāo)進(jìn)行檢查。

5.改性瀝青罩面加鋪設(shè)計(jì)

5.1 改性瀝青罩面原理

對(duì)局部病害作必要的灌漿，換板、貼縫等修補(bǔ)處理。通過(guò)設(shè)置應(yīng)力吸收層防止混凝土剛性基層的反射裂縫，再用改性瀝青混凝土直接罩面，作為為抗滑磨耗層。

改性瀝青罩面是先在舊路面上鋪一層高黏改性乳化瀝青應(yīng)力吸收黏層，然后再攤鋪改性熱瀝青混合料，經(jīng)壓路機(jī)壓實(shí)，一次成型。由于高黏改性乳化瀝青具有優(yōu)異的粘聚性，從而使加鋪的瀝青罩面與舊混凝土路面結(jié)合緊密，避免了結(jié)合面推移的風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 改性瀝青罩面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)

對(duì)原水泥混凝土路面進(jìn)行病害處理合格后，對(duì)舊路面銑刨1cm，再加鋪3cm 厚改性熱瀝青混合料＋1cm 高黏改性乳化瀝青應(yīng)力吸收層。路面結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 改性瀝青罩面加鋪路面結(jié)構(gòu)圖

5.3 老路病害處理

老路病害處理是否合格直接關(guān)系加鋪改造的使用壽命，設(shè)計(jì)施工應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，病害具體處理措施如下：

（1）裂縫處理

對(duì)寬度大于3mm、小于15mm 的中等裂縫，可采取條帶罩面進(jìn)行補(bǔ)縫。對(duì)寬度大于15mm 的嚴(yán)重裂縫，可采用切縫加鈀釘法。

（2）破碎板處理

直接挖除，重新澆筑C35 早強(qiáng)水泥混凝土板。當(dāng)基礎(chǔ)存在強(qiáng)度問(wèn)題的，需先修補(bǔ)基層。

當(dāng)基礎(chǔ)存在水穩(wěn)定性問(wèn)題的，應(yīng)挖除原有路面結(jié)構(gòu)，重新修筑基層、底基層。換板過(guò)程中對(duì)原有傳力桿、拉桿應(yīng)盡量保留。

（3）舊路接縫處理

接縫中的舊填縫料和雜物，應(yīng)清除。對(duì)縮縫維修時(shí)，若縮縫剝落或破損嚴(yán)重，則用水溶性環(huán)氧樹(shù)脂混凝土進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)脹縫維修時(shí)，若脹縫無(wú)啃邊或破碎，則直接更換填縫料；若接縫板接頭及接縫板與傳力桿之間的間隙，用瀝青等縫料填實(shí)抹平，上部嵌入嵌縫條。對(duì)縱縫維修時(shí)，若無(wú)啃邊，則采用清縫、灌料的形式處理；若有啃邊，則采用快凝早強(qiáng)聚合物混凝土修補(bǔ)。

（4）板邊、板角修補(bǔ)

當(dāng)板邊輕度剝落時(shí)，將剝落的表面處理干凈，用瀝青混合料修補(bǔ)平整。當(dāng)板邊嚴(yán)重剝落時(shí)，修補(bǔ)方法與中等裂縫的處理方式相同。當(dāng)板邊全深度破碎時(shí)，修補(bǔ)方法與嚴(yán)重裂縫的處理方式相同。板角斷裂應(yīng)按破裂面的大小確定切割范圍，對(duì)原有鋼筋不應(yīng)切斷，重新澆筑C35早強(qiáng)混凝土，與原混凝土面板的接縫處，應(yīng)涂刷瀝青。

（5）錯(cuò)臺(tái)處理

當(dāng)面板出現(xiàn)高差不大于10mm 的錯(cuò)臺(tái)，可采用磨碎機(jī)磨平或人工鑿平處理。當(dāng)錯(cuò)臺(tái)高差大于10mm 時(shí)，可考慮采用更換混凝土板或注漿的方式處理。

（6）表面裂紋及層狀剝落處理

出現(xiàn)表面裂紋和層狀剝落的板塊，應(yīng)鑿除表層破損部分，鑿除深度以5cm 為宜，然后應(yīng)用細(xì)石粒式混凝土填平。

（7）坑洞處理

零星坑洞，先清理雜物，再用水泥砂漿回填；較多坑洞連成一片或坑洞嚴(yán)重的，采取破除重新澆筑C35 早強(qiáng)水泥混凝土進(jìn)行處理。

（8）脫空板處理

施工前需對(duì)全線的面板進(jìn)行逐塊檢測(cè)，確定脫空和承載力情況。當(dāng)彎沉超過(guò)0.2mm 時(shí)，應(yīng)定義為脫空面板，采用注漿處理。

結(jié)語(yǔ)：

共振碎石化“白改黑”符合我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求。南湖大道共振碎石化“白改黑”與傳統(tǒng)的“破除重建加鋪”相比節(jié)約工程造價(jià)約20%，縮短工期30%。

片區(qū)支路采用改性瀝青罩面技術(shù)避免了傳統(tǒng)薄層罩面存在的易推移風(fēng)險(xiǎn)，提高了路面的適用壽命，竣工通車(chē)近3年，路面狀態(tài)良好。