打裂壓穩(wěn)技術(shù)在路面“白改黑”工程中的應(yīng)用

邱尚長

(福建省中達建設(shè)發(fā)展有限公司，泉州 362000)

0 前言

隨著福建省域內(nèi)交通網(wǎng)的不斷完善， 建設(shè)于上世紀的國省干道進入病害多發(fā)期。囿于財力限制，當時公路建設(shè)通常采用有接縫、開放交通較遲、修復(fù)困難的水泥混凝土路面，且設(shè)計等級較低。在重載交通、南方濕熱多雨、山區(qū)長大縱坡等因素綜合作用下，裂縫、坑洞、斷板等病害普遍出現(xiàn)，嚴重影響公路的安全運行和舒適性。

早期的水泥路面改造工程主要采取舊路面 “就地滾”加鋪水泥混凝土或加鋪瀝青混凝土的方式[1]，該方式造價較低，施工簡單，技術(shù)經(jīng)濟指標基本符合設(shè)計要求，但翻修路面反射裂縫難以避免，使用年限少，綜合成本并不低廉。 為解決路面病害，使翻修改造后的路面接近新設(shè)計路面的使用壽命， 水泥混凝土破碎技術(shù)是路面改造的一種行之有效的方法。 根據(jù)對舊路面結(jié)構(gòu)破碎程度的不同，分為沖擊壓實、打裂壓穩(wěn)和碎石化三類處治方式[2]。

1 工程概況

該項目工程位于福建省泉州市安溪縣， 為G358 線(原S206 線)的路段路面改建工程，全長3.5km。 路基寬度22.8～25.3m 不等。舊路采用水泥砼路面，設(shè)計標準為公路二級(設(shè)計速度40km/h)。

現(xiàn)狀水泥砼路面結(jié)構(gòu)為22cm 水泥面層+15cm5%水泥穩(wěn)定碎石基層+20cm 手擺片石底基層； 部分路段于2010 年進行拓寬， 其路面結(jié)構(gòu)為22cm 水泥砼面層+15cm5%水泥穩(wěn)定碎石基層+18cm 填隙碎石底基層。

由于交通量和重車混入率的不斷增大， 路面已接近結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限，砼路面病害嚴重。為提高道路服務(wù)水平，提升城市形象，擬采用破碎化技術(shù)加鋪瀝青混凝土層的方式對該路段進行路面升級改造。

2 破碎化方式選擇

舊水泥砼路面路況現(xiàn)狀的調(diào)查是選擇破碎化方式的主要決定因素。 對沿線舊路現(xiàn)狀的徒步測量和周圍環(huán)境的分析記錄，是合理選擇破碎化方式的基礎(chǔ)。

沖擊壓實法振動能量較高，對于舊結(jié)構(gòu)層沖擊很大，對沿線舊路基漿砌塊石擋墻和原有村莊舊房屋震動較大，適用于斷板率比較高，遠離村莊、路面結(jié)構(gòu)狀況較差的舊路面；打裂壓穩(wěn)法能夠有效控制沖擊能量的輸出，對路基路面的影響可控，適用于板結(jié)構(gòu)完好，存在裂縫、脫空等功能性破壞的普通水泥混凝土路面； 碎石化技術(shù)采用多錘頭破碎機將路面結(jié)構(gòu)完全碎石化， 適用于路面結(jié)構(gòu)本身較為破碎的情況[3]。

在對舊水泥砼路面板重點調(diào)查破碎板塊、開裂板塊、板邊角的破損狀況，并逐個記錄破損板塊的位置和數(shù)量，調(diào)查縱、橫向接縫拉開寬度、錯臺位置與高度，結(jié)合彎沉檢測數(shù)據(jù)調(diào)查板底脫空位置，按現(xiàn)行的《公路水泥混凝土路面設(shè)計技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進行路面損壞、平整度和抗滑性能的綜合評價和分級， 全線的路面使用性能指數(shù)(PQI)為81.5。

經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計，路面板出現(xiàn)裂縫、斷角、破碎及板邊破裂病害的共有185 塊，斷板率為4.26%，為良級；本項目0.25mm＜彎沉值≤0.45mm 的共431 處， 占比約50.59%，彎沉值＞0.45mm 為25 處，占比約2.93%，板底脫空比率為53.52%；接縫傳荷系數(shù)為58.04%，評定為次級[4]。

經(jīng)過上述調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，路面改造段結(jié)構(gòu)層良好，斷板率處于較低的水平，主要存在板底脫空、接縫傳荷較差等病害。

3 舊水泥砼路面病害處理

路面狀況調(diào)查是路面病害處理的依據(jù)， 路面彎沉值和彎沉差值(以及水泥板之間的傳荷系數(shù)值)可作為舊水泥路面瀝青加鋪改造時路基持荷能力的參考依據(jù)。 路面工程病害表現(xiàn)在路面面層， 卻與基層的強度狀況密不可分。 在舊路改造中， 除了對舊水泥砼路面結(jié)構(gòu)進行處理外，更重要的在于對基層結(jié)構(gòu)進行補強，杜絕二次病害的產(chǎn)生。

(1)表面輕微病害的處理

對于彎沉值小于0.2mm， 僅水泥板出現(xiàn)輕微裂縫的情況，在裂縫大于3mm 時，采用手持式小鋸片擴縫機擴縫，配合吹風除塵機，再將擴縫后殘留在縫內(nèi)松動的混凝土渣完全除掉；對較寬較深的裂縫，可在灌膠前在清理好的裂縫內(nèi)填充泡沫條或石英砂， 擴縫寬度一般為4～8mm，擴縫深度為3～6mm。 灌膠后可直接開放交通，對較寬較深裂縫， 灌膠后可在表面撒布隔離砂予以保護后方可開放交通。

(2)斷板的處理

對于破碎、斷裂、沉陷的舊水泥砼路面板，應(yīng)采用整塊板更換處理。 經(jīng)調(diào)查， 在斷板路段往往彎沉值＞0.45mm，即大部分斷板的產(chǎn)生是由于基層的承載能力不足造成的。因此，在路面板鑿除后，應(yīng)對舊基層進行挖除，本次改造采用翻新方式， 考慮壓路機難于進入基槽碾壓密實因素，將原基層采用C15 水泥砼重新澆筑，在舊水泥路面的四周鉆孔，按間距70cm 植入直徑為14mm 的鋼筋拉桿，用環(huán)氧樹脂填補鋼筋和空洞的空隙，再在基層上澆筑新的水泥砼面板。

(3)板塊脫空和唧泥的處理

在彎沉值超過0.2mm 時，可判定板塊脫空，和車輛通過時，基層細料和水從裂縫處擠出形成唧泥現(xiàn)象，采用水泥注漿法處理。注漿工藝流程為：機具定位→鉆孔→制備水泥凈漿→真空機注漿→壓漿孔封堵→交通控制養(yǎng)生→彎沉檢測。鉆孔布置為在每塊板中間設(shè)置注漿孔，在四周設(shè)置直徑為5cm 的溢漿孔，用路面取芯機鉆入舊路面面層；壓漿時應(yīng)緩慢均勻，直到溢漿孔溢出連續(xù)飽滿的水泥漿時，保持壓力數(shù)分鐘，讓漿液在底板脫空處充分擴散和滲透；插上木塞封堵，待初凝后換用砂漿封堵。

4 舊水泥砼板的打裂壓穩(wěn)施工工藝

對于彎沉值介于0.2mm 和0.45mm 的路段， 在進行板塊脫空和唧泥處理后， 就要進行舊水泥砼板的打裂壓穩(wěn)施工。 施工流程如圖1 所示。

打裂壓穩(wěn)是采用專用-PSB160 門式水泥路面破碎機打擊原有路面板，其特點是破碎顆粒大，生產(chǎn)效率高，主要適用于二級及以下水泥路面的翻修改造。 其作用是使舊路面板出現(xiàn)不規(guī)則開裂，并伴有不同程度的下沉，以減小縱向、垂直方向的位移；并通過輪胎式壓路機對打裂板塊進行壓穩(wěn)使舊砼板與基層有效緊密聯(lián)結(jié)， 能夠較好地為改建路面提供足夠強度和穩(wěn)定的支撐， 有效防止加鋪層反射裂縫的出現(xiàn)。 PSB160 主要技術(shù)參數(shù)見表1。

圖1 工藝流程圖

表1 PSB160 主要技術(shù)參數(shù)表

(1)試驗路段施工

舊水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)工作全面開始前， 應(yīng)選取不小于100m 的地質(zhì)條件和斷面形式等工程特點具有代表性的試驗段進行施工，獲得如下技術(shù)參數(shù)：錘頭提升高度與壓裂面積的關(guān)系、 壓穩(wěn)不同遍數(shù)時水泥路面的破碎狀況、壓穩(wěn)遍數(shù)與沉降量關(guān)系、壓穩(wěn)遍數(shù)與彎沉值之間關(guān)系，以確定錘頭提升高度、壓穩(wěn)遍數(shù)等最佳的機械組合與施工工藝，制定合理可行的檢測手段、控制指標與質(zhì)量管理措施。

(2)施工前技術(shù)準備

由于打裂壓穩(wěn)施工具有一定的破壞性， 因此施工前應(yīng)詳細調(diào)查打裂范圍內(nèi)的各種涵洞蓋板構(gòu)造物、 地下管線、建筑物、導(dǎo)線水準點等，設(shè)置路段警示標志，采用不同顏色的油漆標注清楚，以區(qū)別破碎，保證安全。 對于涵洞蓋板填土厚度較小等不適宜重錘壓穩(wěn)的地方， 可先預(yù)留暫時不打裂，采取沖擊力較小的小型機械鑿除方式，保證涵洞蓋板不受破壞； 對于其他構(gòu)造物采取降低破碎錘錘頭高度或增加壓穩(wěn)遍數(shù)或者增設(shè)預(yù)埋路面鋼筋網(wǎng)等措施進行保護。

施工前對于施工范圍內(nèi)的構(gòu)筑物應(yīng)設(shè)置明顯的標記物予以標記，并同時進行沉降、破壞觀測等過程記錄。 施工前還應(yīng)將老路原有的填縫料、瀝青罩面等清除干凈。

(3)打裂施工

破裂設(shè)備為PSB160 型破碎機裝配有寬度為2.5m 的板式?jīng)_擊錘，錘頭重5t，具備足夠的能量使混凝土路面產(chǎn)生全深度的開裂。 打裂穩(wěn)壓施工的生產(chǎn)能力為每臺設(shè)備每天的工作約為5000～6000m2， 水泥路面打裂后應(yīng)使75%以上的路面不規(guī)則開裂， 相鄰裂縫形成的塊狀面積為0.4～0.6m2，最大邊長不得大于1m，混凝土板應(yīng)產(chǎn)生全厚度的貫通裂縫。沖擊強度由落錘高度確定。根據(jù)試驗段結(jié)果，舊水泥混凝土路面每隔40～60cm 打裂為宜。 打裂時應(yīng)避免錘頭高度過大，且不應(yīng)產(chǎn)生大量的砼碎片，以免過度破壞舊路面， 一旦發(fā)生上述問題應(yīng)停止施工及時調(diào)整錘頭高度及打裂頻率。 操作人員可以根據(jù)路面的具體情況進行設(shè)備的細微調(diào)整，以滿足破裂要求。

(4)破裂尺寸的控制

由于裂縫極為細小，難于觀察，根據(jù)物理現(xiàn)象，破裂前需在前方路面一定范圍內(nèi)均勻灑水， 為了鑒別開裂的程度是否滿足要求， 灑水量以可看見表面泛水的程度為準。打裂時，應(yīng)可以看到開裂痕跡并伴有水滲入裂縫氣泡冒出， 在路面水分消失后， 應(yīng)可見清晰的裂縫浸水后痕跡，并通過照相、目測和尺量后人工描繪破碎示意圖來檢驗打裂尺寸。

(5)壓穩(wěn)施工

打裂程序經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗合格后， 采用LY25t 的輪胎式膠輪壓路機進行施工。 低于25t 時，應(yīng)增加壓實遍數(shù)，以達到規(guī)定要求。 膠輪壓路機對路面進行壓穩(wěn)，根據(jù)試驗段結(jié)果壓穩(wěn)遍數(shù)一般為3～5 遍。 破碎后壓穩(wěn)前應(yīng)先對施工路段每隔25m 取一點進行水準測量，然后在整個壓穩(wěn)過程中，每壓穩(wěn)1 遍觀測一次每點的沉降量變化，當每次壓穩(wěn)后最大沉降變化量小于5mm 時，則認為壓穩(wěn)施工達到要求[5]。 任何情況下壓穩(wěn)次數(shù)不得小于2 遍，壓實速度不應(yīng)超過4.8km/h。 現(xiàn)場施工后的情況見圖2。

圖2 打裂壓穩(wěn)后路面現(xiàn)場情況

(6)彎沉檢測

在混凝土路面打裂后，應(yīng)打掃表面所有的松散、破碎的混凝土、塵土和外來物。打裂壓穩(wěn)后還應(yīng)對舊水泥混凝土路面頂面的彎沉進行檢測：采用承載板以逐級加載、卸載的方法， 測量打裂壓穩(wěn)后舊水泥混凝土路面在各級荷載下的彎沉值，并計算相應(yīng)的回彈模量。對于彎沉代表值大于0.6mm、極值大于0.9mm 的板塊，以及在壓穩(wěn)過程中發(fā)現(xiàn)彈簧的軟弱或損壞基層， 應(yīng)清除不穩(wěn)定路面板和軟弱基層，并用適宜材料全深度回填。

(7)清縫和封堵裂縫

打裂壓穩(wěn)完成后， 應(yīng)先清除混凝土路面接縫中的松散料和填充物，用手持式注射槍進行瀝青灌縫，及時鋪筑一層特殊瀝青材料的下封層， 用于吸收和抵抗舊路產(chǎn)生的縱橫縫向上延伸[6]，并及時進行水泥穩(wěn)定碎石層的攤鋪，防止雨水滲入損壞下承層。 路面壓穩(wěn)后，應(yīng)在不利季節(jié)實測各路段頂面回彈模量代表值， 滿足規(guī)范E0≥30MPa 的要求。

(8)水泥穩(wěn)定碎石基層、透層油、瀝青混凝土面層攤鋪施工

按照設(shè)計要求，5%水泥穩(wěn)定碎石底基層的頂面應(yīng)噴灑高滲透乳化瀝青透層油，按0.2～0.5L/m 用量灑布。水泥穩(wěn)定碎石底基層頂面設(shè)置改性乳化瀝青稀漿封層。 應(yīng)加強工地現(xiàn)場與瀝青拌合廠聯(lián)系，縮短施工長度，各項工序銜接應(yīng)緊密。運料汽車和工地應(yīng)備有防雨設(shè)施，并應(yīng)做好基層及路肩的排水，進行瀝青混合料的攤鋪作業(yè)。

圖3 瀝青混合料攤鋪現(xiàn)場

5 總結(jié)

(1)打裂壓穩(wěn)技術(shù)是舊路面改造中行之有效的處治手段，它與沖擊壓實、碎石化工藝構(gòu)成了水泥砼破碎法“白改黑”技術(shù)的三種方式。

(2)在方式選擇時，應(yīng)加強舊路面的實地調(diào)查，根據(jù)路面破碎情況選擇適宜的施工工藝。根據(jù)筆者經(jīng)驗，打裂壓穩(wěn)法適用于路面彎沉值介于0.2mm～0.45mm 的情況。

(3)路面病害處理是一項系統(tǒng)工程，不應(yīng)局限于一種處治方式。對于不同的路面狀況，應(yīng)當根據(jù)現(xiàn)場情況靈活變通，選擇更適宜的處治方式。