淺析S260新合蚌路混凝土路面改建中使用沖擊碾壓技術(shù)的弊端

周恒星

1 沖擊碾壓技術(shù)的原理及特點(diǎn)

沖擊碾壓技術(shù)在混凝土路面改建中是常見(jiàn)的技術(shù)方式，但由于這種技術(shù)需要利用大功率壓路機(jī)連續(xù)碾壓路面路基，因此也存在一定的弊端。雖然沖擊碾壓技術(shù)在我國(guó)沿用的時(shí)間較晚，但在機(jī)具設(shè)備上已經(jīng)發(fā)展成為多種形態(tài)，根據(jù)壓實(shí)輪邊數(shù)的不同劃分為不同類型，包括實(shí)體和可填兩種模式。沖擊碾壓主要由牽引車和壓實(shí)輪這兩個(gè)重要部分組成。本混凝土路面采用的是型號(hào)為5YT23型壓路機(jī)， 型號(hào)中的5表示五邊形，23表示沖擊勢(shì)能，其計(jì)算公式為：

式中：E—?jiǎng)菽埽╧J）；

m—?jiǎng)恿Σ考馁|(zhì)量（kg）；

g—重力加速度常數(shù)（9.81 m/s2）；

h—輪子外徑與內(nèi)徑的差值（m），h=R-r。這種設(shè)備設(shè)備僅壓實(shí)輪自重就達(dá)到16 t，沖擊勢(shì)能為23 kJ，行走時(shí)沖擊力可達(dá)250 t。沖擊壓路機(jī)之所以自重大，還能具備如此高的沖擊力，主要是因?yàn)樗鼊?dòng)力來(lái)源范圍非常廣，總體來(lái)看，主要有三個(gè)層面：（1）沖擊輪中心位置積蓄并釋放的較高勢(shì)能；（2）沖擊能轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中具備的較強(qiáng)動(dòng)能；（3）沖擊輪在滾動(dòng)過(guò)程中與地面摩擦形成的反向作用動(dòng)力。由此不難看出沖擊作用的高低與壓實(shí)輪以及工作環(huán)境等因素息息相關(guān)。沖擊碾壓的工作原理從本質(zhì)上來(lái)看非常明顯，利用機(jī)器自重行走對(duì)所建路面施加外力，改變路面各層結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到加固地面土層密實(shí)度以及破碎路面表層的效果。

2 沖擊碾壓施工質(zhì)量控制

沖擊碾壓技術(shù)在我國(guó)的起步雖然較晚，但隨著多項(xiàng)工程的投入使用，已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，因此，從本質(zhì)上來(lái)看不屬于新工藝范疇。混凝土路面的破裂重建在實(shí)際工程中較為常見(jiàn)，沖擊碾壓技術(shù)的運(yùn)用效果因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，路段使用狀況等多種因素的不同而不同，因此對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制措施非常重要。施工中選取有代表性的路段清掃干凈，標(biāo)注具有代表性的橫斷面點(diǎn)，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)如原始高程、彎沉值的測(cè)量，并做好原始記錄，路面沖壓試驗(yàn)段高程測(cè)量布置圖如圖1所示。

沖擊壓路機(jī)行駛路線圖如圖2所示。沖擊過(guò)程中，對(duì)于質(zhì)量的管理主要通過(guò)以下幾個(gè)方面進(jìn)行管理：

（1）沖擊實(shí)驗(yàn)多次，檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量準(zhǔn)確度。（2）將待沖擊路面進(jìn)行區(qū)域清掃，布置測(cè)量點(diǎn)位置，檢查沖擊路面的裂紋發(fā)展?fàn)顩r和數(shù)量效果（以整塊面板為單位）。（3）第二次沖擊實(shí)驗(yàn)次數(shù)較之于第一次明顯增多，一般為6～10遍，此后進(jìn)行高程測(cè)量。（4）按照這種順序進(jìn)行依次施工，直至累計(jì)沖壓遍數(shù)達(dá)到20次即可。一般來(lái)說(shuō)，在沖擊次數(shù)達(dá)到第三第四次時(shí)，土壤基層的沉降值基本達(dá)到穩(wěn)定，最后進(jìn)行彎沉測(cè)量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，我們不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)沖壓遍數(shù)在1～5遍時(shí)，首先出現(xiàn)縱向裂縫的是路面邊緣處，這是因?yàn)闆_擊應(yīng)力在結(jié)構(gòu)層間水平方向上累計(jì)的效果。其他板上雖然出現(xiàn)裂縫且面積較大，但是相交而言，時(shí)間上有所延遲。沖擊遍數(shù)增加時(shí)，面板表層的裂縫明顯增多，路面開(kāi)始下沉且幅度較大。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行大面積施工更有利于質(zhì)量檢測(cè)和控制，這一前提需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的權(quán)威性和代表性。

此外，施工前期還需要做好以下準(zhǔn)備工作：（1）對(duì)待建路面附近的構(gòu)筑物進(jìn)行排查，防止沖擊震動(dòng)碾壓造成破壞，遇到橋梁、隧道等特殊性路段，需要標(biāo)注避讓。（2）根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)沖壓性能及指標(biāo)做出定量檢測(cè)，技術(shù)人員要及時(shí)跟進(jìn)調(diào)整，以達(dá)到三項(xiàng)指標(biāo)同時(shí)符合的目的。一旦出現(xiàn)偏差要及時(shí)尋找原因，調(diào)整施工方案，最大化地確保施工質(zhì)量。

圖1 路面沖壓試驗(yàn)段高程測(cè)量布置圖

圖2 沖擊壓路機(jī)行駛路線圖（300 m）

3 S260新合蚌路混凝土路面改建中使用沖擊碾壓技術(shù)的弊端

3.1 工程概況

S260新合蚌路混凝土路面改建工程起始于合肥市三十頭互通往北約1 km，終至合徐高速公路雙廟互通立交連接線平交。工程路線全長(zhǎng)16.713 km，公路段路基寬度40 m，設(shè)計(jì)車速80 km/h。穿集鎮(zhèn)段道路寬度50 m，設(shè)計(jì)車速60 km/h。全線均采用瀝青混凝土路面。S260新合蚌路改建工程因老路通行需要，須采用半幅通行半幅施工措施。原設(shè)計(jì)老路處理措施包括采取沖擊碾壓方案，路段約7 km長(zhǎng)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)狀況可知新老路搭接隔震措施難以實(shí)現(xiàn)，并且沖擊震動(dòng)將對(duì)周邊構(gòu)筑物與新填筑右半幅路基產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而難以保障沖擊效果。

3.2 S260新合蚌路混凝土路面改建中使用沖擊碾壓技術(shù)的弊端

3.2.1 沖碾對(duì)周邊環(huán)境影響較大

沖擊壓路機(jī)因?yàn)樽灾卮螅问竭^(guò)程中耗能大，所產(chǎn)生的噪聲污染與震動(dòng)影響必然會(huì)對(duì)附近居民的生活產(chǎn)生較大的影響。此外，揚(yáng)塵等不利于環(huán)境保護(hù)的諸多的因素也會(huì)隨之產(chǎn)生，需要采取一定的有效措施去降低和避免。

3.2.2 對(duì)已新建成的半幅道路影響較大

沖壓作用只有連貫性完成才能保證施工質(zhì)量，半幅施工（要通車）如果與自然條件下形成的雨水條件相碰撞，必然會(huì)降低甚至破壞沖壓的效果。

3.2.3 無(wú)法保障沖擊效果

由于對(duì)周邊環(huán)境的影響，原設(shè)計(jì)的沖擊勢(shì)能會(huì)有所降低，將無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的50 cm的破碎程度，極易導(dǎo)致部分塌空板仍保留在新建結(jié)構(gòu)層下，存在質(zhì)量隱患。

3.2.4 混凝土板塊沖擊后的穩(wěn)定性較差

由于混凝土板底情況的不確定性，即使較好地完成沖擊，相關(guān)檢測(cè)手段均不能全面覆蓋，混凝土板塊難以確定穩(wěn)定，將有可能在通行后較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)反射裂縫。

3.3 主要對(duì)策

3.3.1 改成碎石化工藝

碎石化工藝并不是要求舊板隨意破壞，而是在方向上能有垂直和水平方向上的裂痕。寬度上裂縫不能超過(guò)2 mm，垂直方向上的裂縫必須延伸至全板板厚，并且整個(gè)混凝土板的破裂在外觀上能相互關(guān)聯(lián)，形成嵌鎖狀態(tài)，進(jìn)而使其能成為舊基層上的穩(wěn)固補(bǔ)充，貼合度上也能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)際施工過(guò)程中，還要檢測(cè)破裂板的穩(wěn)固性和操作的可行性，這些需要進(jìn)行實(shí)地勘察進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

3.3.2 挖除重新施工

對(duì)原板塊混凝土進(jìn)行破碎，篩分合格的骨料重新利用。對(duì)原混凝土板塊進(jìn)行破碎篩分并檢測(cè)合格后，可將骨料優(yōu)先利用在輔道等相對(duì)荷載低的區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)資源利用和保證質(zhì)量的雙重目標(biāo)。

3.3.3 預(yù)防反射裂縫的改進(jìn)措施

考慮原混凝土路面板塊比較穩(wěn)定，為節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本，可對(duì)原混凝土進(jìn)行部分破損板塊的修復(fù)施工，采取措施避免產(chǎn)生反射裂縫，如聚酯防裂貼板縫等，可采取直接加鋪措施。加鋪措施是延長(zhǎng)裂縫到達(dá)面層的時(shí)間，使其不足以立刻形成肉眼可觀的直接破壞，但是這種潛在的威脅仍然存在，對(duì)于改建維護(hù)效果而言并不是最佳的。此外，加鋪還能減少溫度對(duì)新舊路面銜接處的破壞，保證拉應(yīng)力的傳遞逐漸減弱。從力學(xué)性能上來(lái)看，加鋪厚度可以增強(qiáng)路面的剛度，降低路面因?yàn)楹奢d作用產(chǎn)生的形變，從而使接縫處的彎沉量和彎沉差降低 , 剪應(yīng)力縮小 。該改建工程的路面加鋪層厚度為16 cm ,接縫處鋪設(shè)了貼縫 ,效果很好 。

4 結(jié)語(yǔ)

沖擊式壓路機(jī)在水泥路面的改建中因?yàn)槌杀镜?、進(jìn)度高、效果佳而得到廣泛應(yīng)用。但由于施工過(guò)程中，需要利用多種自重較大的車輛，因此不可避免地會(huì)對(duì)混凝土路面本身造成傷害，這種反射裂縫一旦形成，對(duì)于混凝土路面而言就是潛在的威脅。隨著季節(jié)氣候變化，熱脹冷縮效應(yīng)以及使用年限的增加，破壞的幅度也會(huì)成直線增長(zhǎng)，進(jìn)而形成修理改建維護(hù)循環(huán)。如何有效利用技術(shù)方法，消除反射裂縫的存在是利用沖擊碾壓技術(shù)的重難點(diǎn)。沖擊碾壓技術(shù)的應(yīng)用范圍以及領(lǐng)域非常廣泛，根據(jù)不同的需求都取得了較高的效果，要想進(jìn)一步提高施工質(zhì)量，完善施工效果，還需要不斷加強(qiáng)技術(shù)研究，增強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)積累。