共振碎石化技術(shù)在市政道路路面大修中的應(yīng)用分析

文/李玉鋒

1 前言

隨著地方經(jīng)濟的發(fā)展，交通量尤其是重載交通量激增，導致部分水泥混凝土路面遭受超負荷承載，出現(xiàn)裂縫、板角斷裂等病害，影響了車輛通行的舒適度、安全性，給往來旅客以及沿線的百姓帶來了安全隱患。因此，對病害較為嚴重的水泥混凝土路面進行大修勢在必行。為降低成本，提高路面大型維修或中度修復的綜合效益，引進共振碎石化新技術(shù)，為市政道路“白改黑”工程實踐提供借鑒。

2 工程概況

2.1 項目概況

本道路位于二環(huán)線與水果批發(fā)市場中間，全長2.2km，由于重載車輛較多，原有設(shè)計路面承載能力不足，導致裂縫等病害嚴重，日常僅作灌縫修補，已不能滿足行車安全。通過調(diào)查記錄現(xiàn)場病害情況，根據(jù)《公路技術(shù)狀況評定標準》(JTG 5210—2018)，并結(jié)合相關(guān)參數(shù)計算公式得出本項目路段路面評定指標[1]，見表1。

表1 路面破損狀況表

經(jīng)查閱管養(yǎng)單位養(yǎng)護資料及現(xiàn)場初步檢測結(jié)果顯示，本項目路段PCI 評定為“次”，根據(jù)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.1—2001)條文5.3.2，二級路路面破損狀況等級為“次”或“次以下”時，應(yīng)采取全段修復或改善措施，因此本路段根據(jù)評定結(jié)果為需要進行大修。路面現(xiàn)狀如圖1 所示。

圖1 路面現(xiàn)狀（到處裂縫修補）

2.2 路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計

本路段按二級公路技術(shù)等級設(shè)計，由于本項目建設(shè)性質(zhì)為修復養(yǎng)護，即針對恢復路面功能且不低于原路面結(jié)構(gòu)承載能力為目的的主動防護工程（見表2），因此參照《公路瀝青路面養(yǎng)護設(shè)計規(guī)范》(JTG 5421—2018）表3.3.2 結(jié)構(gòu)性修復設(shè)計年限宜為8～12年[2]，同時結(jié)合本項目資金補助情況，路面設(shè)計使用年限可確定為10年。

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D50—2017）表3.0.0 查得瀝青路面設(shè)計軸載參數(shù)見表2。

表2 設(shè)計軸載參數(shù)表

依據(jù)以上設(shè)計參數(shù)對路面結(jié)構(gòu)進行設(shè)計計算得出，將原混凝土面板做碎石化處理后做路面底基層，基層采用8cm 的密集配瀝青穩(wěn)定碎石，可以避免水穩(wěn)層+瀝青面層造成的路面標高過分抬高，有效地提高整體強度，恢復路面使用功能。同時節(jié)約資源，基本不產(chǎn)生廢棄料，保護環(huán)境，降低工程成本。改造路面設(shè)計結(jié)構(gòu)見表3。

表3 改造路面設(shè)計結(jié)構(gòu)一覽表

3 技術(shù)原理與優(yōu)勢

3.1 技術(shù)原理

共振碎石化技術(shù)通過共振原理，使舊水泥板與破碎機械產(chǎn)生共振，將舊水泥混凝土板碎裂成上層相互嵌擠、下層相互嵌鎖的水泥混凝土碎石粒料層，破碎后的碎石形狀相鄰互補、粒徑較小，形成相互嵌擠的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，解決了原水泥板在接縫處的水平及豎向位移，消除了原有板塊接縫向上反射的動力，該層的強度和剛度高于級配碎石，同時對舊路地基的影響也較小，是目前最能有效解決加鋪路面反射裂縫問題的技術(shù)[3]。共振碎石化不僅是一種破碎路面的修補方法，更是一種水泥混凝土的路面修復工藝。

3.2 技術(shù)優(yōu)勢

梳理共振碎石化技術(shù)應(yīng)用案例表明，作為一項“白改黑”技術(shù)已趨于成熟，具有優(yōu)勢如下：能徹底根除反射裂紋；確保路基強度及周邊結(jié)構(gòu)設(shè)施完好；破碎后的碎塊嚙合、嵌鎖增強了路面承載力；破碎后直接加罩瀝青無須其他輔助材料；單車道施工、無須封閉交通，且效率很高、影響交通時間短；施工時間短、噪音低；施工后不產(chǎn)生白色垃圾，對環(huán)境無污染；可延長路面使用壽命。

4 施工流程

4.1 材料驗收

道路鋪設(shè)用瀝青材料進場前需分批驗收，檢查其質(zhì)量證明書，并按照試驗規(guī)程要求進行取樣檢驗，確認合格后再進場使用。對碎石、中砂等材料首先取樣檢測，合格后再組織進場，嚴禁不合格材料進場，各種材料必須經(jīng)監(jiān)理工程師同意后再使用。

4.2 人員配置

施工人員1 人，現(xiàn)場施工員1 人、試驗1 人，專業(yè)技術(shù)工人4 人，普工8 人。

4.3 施工前開挖

作業(yè)前先開挖排水溝、預(yù)埋排水管。有硬路肩的（預(yù)埋排水管）將排水口設(shè)置在路基邊緣外，土路肩直接開挖排水溝，開挖厚度設(shè)在碎石化結(jié)構(gòu)層下一層。

4.4 準備作業(yè)階段

進行碎石化作業(yè)前，調(diào)查有沒有淺埋的管網(wǎng)及箱涵。如果管網(wǎng)和箱涵埋深離水泥板頂部小于0.3m，或有堅硬的物體在水泥板與管網(wǎng)或箱涵之間相連，則在共振碎石化作業(yè)時必須避開。由于路面結(jié)構(gòu)的差異，混凝土板塊厚度、強度的不同，在正式開工破碎前，應(yīng)當進行試破碎，以獲得最佳的工藝參數(shù)。對碎化層灑水，以濕透為宜。振動壓路機對碎化層進行碾壓，達到規(guī)定的密實度為止。碾壓順序由外側(cè)車道邊緣開始向內(nèi)側(cè)進行碾壓，若相鄰車道沿縱縫進行了切割，亦可由中間向兩邊碾壓。碾壓標準次數(shù)為3～5 遍，折回時應(yīng)先停止振動，直至路面達到板面狀態(tài)。檢測共振破碎后碎石粒徑、表面彎沉值（設(shè)計）是否合格。

4.5 施工注意事項

在施工過程中應(yīng)隨時監(jiān)控施工路段的路基穩(wěn)定性情況，主要有以下六點：病害路基在破碎過程中很容易被發(fā)現(xiàn)，明顯的現(xiàn)象是塊徑大，表面隆起、鼓包或下陷（脫空層）。一旦發(fā)現(xiàn)這種情況，應(yīng)即時進行處理。處理方式一般是開挖換填水穩(wěn)碎石。對破板率較高的路段或在破碎作業(yè)時有翻漿現(xiàn)象的路段，只要不出現(xiàn)表面隆起、鼓包或下陷（脫空層）情況，可繼續(xù)施工，無須換填。碎化層深度要求一般是1/4～1/3 板厚，彎沉值一般在30～70，模量一般在300～1300。共振作業(yè)開始時，高頻振動頭距離路邊的最佳距離是25～30cm，該距離以能將裂縫（不是裂紋）延伸到排水渠（溝）為宜。禁止采用液壓錘（俗稱“啄木鳥”）作為輔助破碎手段來將裂縫延伸到排水渠（溝）的方式。如果車流量大造成交通擁堵，可在已破碎區(qū)域進行灑水碾壓后臨時開放交通，但應(yīng)限速在20km/h 內(nèi)。雨天及時鋪設(shè)防雨鋪蓋，防止雨水下滲浸泡，軟化損毀路面結(jié)構(gòu)。

5 質(zhì)量要求

5.1 質(zhì)量檢驗與評定

5.1.1 粒徑檢驗（見表4）

表4 共振碎石化施工質(zhì)量檢驗標準

5.1.2 結(jié)構(gòu)狀態(tài)檢驗，共振碎石化后該層呈現(xiàn)松散，下層嵌鎖的狀態(tài)。狀態(tài)的檢驗采取鉆芯方法獲取。通過鉆芯試樣，判斷混凝土板下部分結(jié)構(gòu)裂縫嵌鎖狀態(tài)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)應(yīng)裂而不散。

5.1.3 結(jié)構(gòu)強度，共振碎石化后，回彈模量較為均勻，擬合曲線后，線性變化平穩(wěn)，離散性小，且碾壓前后的回彈模量有較好的相關(guān)性碾壓后，回彈模量值介于400～700MPa，強度介于半剛性基層和級配碎石柔性基層之間。在防止反射裂縫的同時，保證了足夠的承載力，滿足路面基層的使用要求。

5.2 制定創(chuàng)優(yōu)規(guī)劃

項目的質(zhì)量目標是分項工程（工序）檢查合格率達到100%，優(yōu)良率在90%以上，保證分部工程優(yōu)良率達到90%，確保單位工程優(yōu)良率達到90%以上。配合整個建設(shè)項目優(yōu)良率達到90%以上。

6 結(jié)語

該項目于2019年12月竣工，通車迄今運營狀況良好，表明共振碎石化在大交通量公路上亦取得應(yīng)用成效，具有推廣價值。其體現(xiàn)在以下幾個方面：節(jié)約資源，不產(chǎn)生多余的廢棄料。保護環(huán)境，降低造價且路面表面平整、無接縫、行車舒適性強，耐磨、振動小、噪聲低，施工期短。共振破碎的振幅較小，因此錘頭與路面共振破碎產(chǎn)生的噪音較低。由于其工作點窄，可單車道施工，不用完全封閉交通，對交通干擾小。共振破碎后的水泥板路面減少反射裂縫，在一定程度上延長了瀝青路面的使用壽命，提高了路面在壽命周期內(nèi)的服務(wù)水平。