強(qiáng)夯至裂和碎石化技術(shù)在舊水泥混凝土路面大修中的應(yīng)用與研究

歐錫忠

(廣東肇慶市公路勘察設(shè)計(jì)院，廣東肇慶526040)

1 應(yīng)用背景

在舊水泥混凝土路面大修工程中，為了消除舊水泥混凝土板塊可能存在的反射裂縫，對(duì)舊路進(jìn)行強(qiáng)夯至裂處治后加鋪水泥穩(wěn)定碎石基層和面層是路面結(jié)構(gòu)的主要形式，強(qiáng)夯至裂處治實(shí)施較為便利，效果較好，費(fèi)用較低，但該舊路處治方式震動(dòng)很大，噪音污染大，靠近公路兩側(cè)居民反應(yīng)強(qiáng)烈，具有一定的局限性。S272(肇珠)線局部路段穿過(guò)城鎮(zhèn)，兩側(cè)建筑物較為密集，距離公路較近(一般為6～11 m)，如果采用強(qiáng)夯至裂技術(shù)對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行處治，則嚴(yán)重影響兩側(cè)居民的正常生活，甚至可能導(dǎo)致建筑物受損，受到附近居民的強(qiáng)烈反對(duì)，施工實(shí)施難度很大。由于多錘頭碎石化技術(shù)對(duì)舊路應(yīng)力較為集中，錘擊時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)不大，對(duì)沿線的民房等建筑物沒(méi)有太大的影響，能較好地消除舊水泥混凝土板塊可能存在的反射裂縫，因此特別適合通過(guò)城鎮(zhèn)道路的混凝土路面改造。所以，S272(肇珠)線路面維修局部困難路段舊路處治引進(jìn)了多錘頭碎石化技術(shù)。

2 工作原理

強(qiáng)夯至裂設(shè)備作用機(jī)理是通過(guò)5邊形(或3邊形)輪的滾動(dòng)對(duì)水泥混凝土板塊形成間歇而有周期的沖擊作用，從而使其破裂。強(qiáng)夯至裂設(shè)備需在水泥混凝土路面行駛多次，以達(dá)到對(duì)其進(jìn)行均勻沖擊的效果，強(qiáng)夯至裂后水泥混凝土面出現(xiàn)豎向貫穿板厚的裂縫，相當(dāng)于將水泥板破碎成多個(gè)小的水泥巖塊。將舊混凝土路面板進(jìn)行強(qiáng)夯至裂處理作為底基層，通過(guò)強(qiáng)夯至裂達(dá)到斷裂穩(wěn)固原水泥混凝土路面的目的;強(qiáng)夯至裂不僅可以消除混凝土面板下脫空，同時(shí)使碎塊之間形成集料嵌鎖，使舊混凝土面板及土基的整體性和強(qiáng)度明顯提高，有效地減少和緩解反射裂縫。

多錘頭碎石化是利用多個(gè)錘頭的自重交叉起落均勻沖擊路面，在牽引車的緩慢行進(jìn)中，使混凝土板破碎成碎塊，根據(jù)地基與面板強(qiáng)度來(lái)調(diào)整行車速度，從而調(diào)整錘頭落距，以控制板塊破碎程度，然后用Z形壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)。多錘頭破碎機(jī)是通過(guò)重錘下落產(chǎn)生的低頻高幅波動(dòng)沖擊力來(lái)進(jìn)行破碎，其能量會(huì)傳播到較大的深度范圍。同時(shí)，由于水泥混凝土板塊吸收能量滿足從近到遠(yuǎn)遞減的規(guī)律，因此多錘頭破碎機(jī)破碎后其顆粒粒徑在不同深度處是不同的。碎石化層頂層顆粒吸收的能量最充足，水泥混凝土板塊振裂成片狀顆粒(小于7.5 cm)，且由于其與重錘錘刃直接接觸，受到的擾動(dòng)很大，混凝土顆粒無(wú)法形成嵌鎖，因而在表面形成一個(gè)松散層。碎石化層下層吸收的能量少，裂紋數(shù)量少，且大部分都存在于混凝土顆粒內(nèi)部，在預(yù)壓應(yīng)力的作用下無(wú)法繼續(xù)擴(kuò)張，故顆粒粒徑較大(30 cm左右)，并且形成相互嵌擠、咬合的效果，使得碎石化后舊路頂面強(qiáng)度趨于均勻，縮小強(qiáng)度上的差異，進(jìn)而緩解或消除反射裂縫。

3 適用性分析

強(qiáng)夯至裂和多錘頭碎石化基本方法都是通過(guò)重力沖擊起作用，強(qiáng)夯至裂設(shè)備的作用間距較長(zhǎng)，沖擊能量分布較為分散，震動(dòng)大，噪音也大，對(duì)環(huán)境影響較大，所以，原則上距離公路15 m以內(nèi)有建筑物的路段不宜采用強(qiáng)夯至裂技術(shù)對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行處治。實(shí)際上，在對(duì)S272線施工過(guò)程中，民房距離公路50 m以內(nèi)的，居民都存在不同程度的反應(yīng)，所以，隨著公路兩側(cè)日益嚴(yán)重的城鎮(zhèn)化給該舊路處治方式提了更高的要求，同時(shí)，強(qiáng)夯后舊水泥混凝土路面作底基層用，需加鋪基層和面層，對(duì)于舊路標(biāo)高受限的路段也阻礙了該技術(shù)的使用，某種程度上也限制了其應(yīng)用空間。

多錘頭碎石化設(shè)備的破碎作用點(diǎn)分布均勻而密集，沖擊能量較為集中，相對(duì)而言，其震動(dòng)較小，對(duì)周邊建筑物影響有限，適用于道路結(jié)構(gòu)物或建筑物大于5 m的路段，但該處治方式費(fèi)用高，處治后不能馬上開(kāi)放交通，在廣東地區(qū)大部分路面維修中，一般采用對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行強(qiáng)夯至裂后加鋪基、面層結(jié)構(gòu)。

4 回彈模量與彎沉關(guān)系

由于對(duì)舊水泥混凝土板進(jìn)行強(qiáng)夯至裂或多錘頭碎石化處治后，舊路面呈破碎嵌固的碎塊或片狀松散顆粒，用貝克曼梁檢測(cè)彎沉?xí)r，無(wú)法準(zhǔn)確反映處治后舊混凝土路面的整體強(qiáng)度;而承載板法檢測(cè)彎沉雖然較準(zhǔn)確，但其操作復(fù)雜、測(cè)試速度慢，費(fèi)用高，難以滿足全線施工時(shí)的彎沉檢測(cè)要求。所以，實(shí)際施工中應(yīng)利用承載板與貝克曼梁進(jìn)行彎沉檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)，獲取彎沉測(cè)試數(shù)據(jù)，建立相關(guān)關(guān)系，以指導(dǎo)處治后舊路面的彎沉檢測(cè)是否滿足強(qiáng)度的要求，便于在施工中的質(zhì)量控制。

4.1 強(qiáng)夯至裂

通過(guò)對(duì)S272線k18+200～k18+600右幅強(qiáng)夯路段進(jìn)行利用承載板與貝克曼梁彎沉檢測(cè)對(duì)比試驗(yàn)，實(shí)測(cè)彎沉與回彈模量的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1，其關(guān)系擬合見(jiàn)圖1。

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立相關(guān)關(guān)系，得出強(qiáng)夯至裂后的舊混凝土路面頂面當(dāng)量回彈模量與彎沉值的關(guān)系式如下:

式中:L為以后軸重100 kN的車輛進(jìn)行彎沉檢定，得到的路面計(jì)算彎沉值，0.01 mm;P為標(biāo)準(zhǔn)軸載車型輪胎接地壓強(qiáng)，MPa，取0.70;δ為標(biāo)準(zhǔn)軸載單輪傳壓面當(dāng)量圓半徑，cm，取21.30;m1為輪板對(duì)比值，取0.64;m2為原路面當(dāng)量回彈模量擴(kuò)大系數(shù)，取1.0。

表1 強(qiáng)夯至裂后實(shí)測(cè)彎沉與回彈模量數(shù)據(jù)表

圖1 強(qiáng)夯至裂后彎沉與回彈模量關(guān)系擬合圖

根據(jù)式(1)與式(2)得出的強(qiáng)夯至裂后的舊混凝土路面頂面當(dāng)量回彈模量取其平均值作為設(shè)計(jì)依據(jù)進(jìn)行調(diào)坡。

由于舊路面在多年的行車作用下，路面平整度較差，對(duì)處治后舊路面進(jìn)行加鋪基、面層時(shí)，基層厚度不能小于某個(gè)值(根據(jù)路面計(jì)算得出，S272線為19 cm)，但實(shí)際上其厚度是有變化的，所對(duì)應(yīng)的舊路面頂面當(dāng)量回彈模量應(yīng)隨基層厚度的變化而變化，通過(guò)計(jì)算基層厚度與舊路面頂面回彈模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)式(1)和式(2)反算出對(duì)應(yīng)點(diǎn)所要求的彎沉值，從而建立基層加鋪厚度和貝克曼梁彎沉檢測(cè)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此作為處治后舊路面強(qiáng)度是否滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)。在對(duì)S272線的路面大修施工中，要求施工單位對(duì)強(qiáng)夯處治后的每塊水泥混凝土板進(jìn)行彎沉檢測(cè)，根據(jù)加鋪層厚度檢查檢測(cè)后彎沉是否滿足要求。這種靈活設(shè)計(jì)方法很大程度上減少了對(duì)舊路進(jìn)行換填處治的數(shù)量，節(jié)約工程造價(jià)，也保證了路面大修質(zhì)量。

4.2 多錘頭碎石化

對(duì)S272線k27+000～k27+200段左幅進(jìn)行多錘頭碎石化后，無(wú)法直接在其表面進(jìn)行貝克曼梁彎沉檢測(cè)，需在其表面撒布2 cm厚石屑并用壓路機(jī)進(jìn)行壓實(shí)，用傳統(tǒng)的貝克曼梁進(jìn)行彎沉檢測(cè)，檢測(cè)的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表2所示，其關(guān)系擬合見(jiàn)圖2。

表2 多錘頭碎石化實(shí)測(cè)彎沉與回彈模量數(shù)據(jù)表

圖2 多錘頭碎石化彎沉與回彈模量關(guān)系擬合圖

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立相關(guān)關(guān)系，得出碎石化后的舊混凝土路面頂面當(dāng)量回彈模量與彎沉值的關(guān)系式如下:

根據(jù)式(3)將實(shí)測(cè)彎沉值轉(zhuǎn)化為回彈模量E，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式轉(zhuǎn)化為實(shí)際的彎沉值，以此作為碎石化后舊路強(qiáng)度是否滿足要求的標(biāo)準(zhǔn)，也是路面質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

4.3 處治后強(qiáng)度對(duì)比分析

通過(guò)試驗(yàn)路段檢測(cè)數(shù)據(jù)得出，與強(qiáng)夯至裂相比，碎石化后平面位置上強(qiáng)度變異性較低，層頂彎沉、回彈模量標(biāo)準(zhǔn)差均較小。強(qiáng)夯至裂隨沖擊碾壓遍數(shù)的增加，破碎層強(qiáng)度逐漸下降，標(biāo)準(zhǔn)差也逐步縮小，但其強(qiáng)度變異性有增加。碎石化后層頂強(qiáng)度與落錘高度密切相關(guān)，高度越小，對(duì)原水泥混凝土板塊的破碎程度越低，從而表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度，但標(biāo)準(zhǔn)差增大，變異性增加，這表明單純用彎沉或回彈模量作為評(píng)價(jià)破碎效果的指標(biāo)是不合理的，需要結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)差，即平面上的強(qiáng)度變異性綜合評(píng)定。

5 結(jié)論

1)強(qiáng)夯至裂和碎石化均降低了原有道路的回彈模量，說(shuō)明這兩種處治方式對(duì)舊路板下脫空均有不同程度的治理效果，減小舊水泥混凝土板的強(qiáng)度差異，使得舊路強(qiáng)度趨于均勻，能有效地消除或緩解反射裂縫。

2)舊路強(qiáng)夯至裂處治后一般加鋪基層和面層，對(duì)周邊環(huán)境影響大，舊路碎石化后可以直接加鋪面層或基、面層，若受標(biāo)高控制或者距離建筑物較近，碎石化比強(qiáng)夯至裂處治方式更有優(yōu)勢(shì)。

3)碎石化后，舊水泥混凝土破碎程度高，表面形成較小的碎塊，不能通行車輛，必須及時(shí)封閉交通，對(duì)交通干擾大，碎石化處治費(fèi)用較高，強(qiáng)夯至裂后舊路可以暫開(kāi)放交通，從該角度看，強(qiáng)夯至裂優(yōu)于碎石化處治方式。

［1］王松根，等.舊混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用指南［M］.北京:人民交通出版社，2007.

［2］晁德志，馬曉力，姚佳良.舊水泥混凝土路面多錘頭碎石化技術(shù)應(yīng)用研究［J］.公路，2008(7):148-152.

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