碎石化技術(shù)修復(fù)舊水泥混凝土路面效果研究

楊凱

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

對舊混凝土路面常采用碎石化技術(shù)進(jìn)行處理，以使舊路面成為加鋪層施工的基層。碎石化技術(shù)不僅有不同的類型，而且不同類型采用不同的原理，有不同的特點(diǎn)，因此為保證修復(fù)效果，有必要對不同類型碎石化技術(shù)的修復(fù)效果進(jìn)行對比和總結(jié)分析。

1 工程概況

某公路維修項目樁號為K265+360—K269+928.5，路段總長4 568.5m，其路基、路面寬度分別為12m和9m。原路面采用混凝土路面，局部采用瀝青路面（K267+445—K267+842）。經(jīng)調(diào)查，該路段重車數(shù)量較多，導(dǎo)致路面產(chǎn)生一系列病害，如裂縫、車轍與結(jié)構(gòu)松散等，而且還有一些路段產(chǎn)生了嚴(yán)重坑槽，影響路面正常使用。為防止這些病害進(jìn)一步加重，恢復(fù)路面正常功能，經(jīng)研究決定對該段路面實施中修。對原混凝土路面采用碎石化技術(shù)進(jìn)行處理，作為新路面的基層結(jié)構(gòu)使用。

2 中修方案

針對路面存在的不同病害，制定專門的維修方案。

（1）對于路面龜裂病害，采用以下結(jié)構(gòu)方案：對于從村鎮(zhèn)中經(jīng)過的路段，上面層采用細(xì)粒式瀝青混合料，層厚3cm；下面層采用中粒式瀝青混合料，層厚4cm；上、下面層之間鋪設(shè)熱瀝青黏層；對舊路面進(jìn)行共振碎石化處理形成基層；在基層和下面層之間鋪設(shè)瀝青封油層，層厚1.5cm。對于一般路段，上面層采用細(xì)粒式瀝青混合料，層厚3cm；下面層采用中粒式瀝青混合料，層厚4cm；上、下面層之間鋪設(shè)熱瀝青黏層；對舊路面進(jìn)行多錘頭碎石化處理形成基層；在基層和下面層之間鋪設(shè)瀝青封層油，層厚1.5cm。

（2）對于有沉陷病害的瀝青路面，采用以下結(jié)構(gòu)方案：上面層采用細(xì)粒式瀝青混合料，層厚3cm；下面層采用中粒式瀝青混合料，層厚4cm；上、下面層之間鋪設(shè)熱瀝青黏層；將原瀝青路面與基層全部挖除后填筑級配碎石作為新基層；在新基層與下面層之間鋪設(shè)熱瀝青封油層，層厚1.5cm。

（3）對于過渡段的路面，其修復(fù)方案為：對舊路面進(jìn)行處理作為基層，然后鋪設(shè)熱瀝青黏層，最后攤鋪細(xì)粒式瀝青混合料，作為面層，層厚3cm。

在以上方案中，共振碎石化是指按照共振原理，促使待修復(fù)混凝土路面和所用破碎機(jī)之間發(fā)生共振，以此對待修復(fù)混凝土路面進(jìn)行破碎，形成上、下層均相互嵌擠、鎖定的碎石層。完成破碎處理后形成的碎石，其形狀互補(bǔ)，且粒徑相對較小，可通過相互嵌擠保持在穩(wěn)定狀態(tài)，從根本上解決了原路面存在的問題，如裂縫及接縫部位位移，包括水平位移與豎向位移，使原板塊開裂后產(chǎn)生的反射應(yīng)力得以消除，使該層強(qiáng)度與剛度均比級配碎石層高很多，并能減小對原路地基造成的不利影響，是避免加鋪層施工后產(chǎn)生反射裂縫的有效方法，可實現(xiàn)對原路面的全面優(yōu)化，為之后加鋪層的施工奠定良好基礎(chǔ)。該碎石化技術(shù)主要具有以下優(yōu)勢：能從根本上杜絕反射裂縫的產(chǎn)生；避免對原路的路基與各類地下結(jié)構(gòu)物造成破壞；對路基與路面排水有利；施工時不會產(chǎn)生太大的噪音，且基本沒有振動產(chǎn)生，能避免擾民；不會產(chǎn)生斷層，可保證路面通車舒適度；能有效防止混凝土發(fā)生酸堿反應(yīng)，進(jìn)而避免結(jié)構(gòu)層因膨脹而發(fā)生明顯變形[1]。

而多錘頭碎石化則是指采用專門的多錘頭破碎機(jī)對待修復(fù)混凝土路面進(jìn)行破碎處理，將原混凝土路面結(jié)構(gòu)打碎后，顆粒粒徑從上到下不斷增大，然后通過適當(dāng)?shù)哪雺?，使上部顆粒達(dá)到平整，同時使下部顆粒產(chǎn)生嵌擠，之后進(jìn)行加鋪層的施工，實現(xiàn)對路基的強(qiáng)化，其施工工藝流程如圖1所示。該碎石化技術(shù)主要具有以下特點(diǎn)：是現(xiàn)階段避免反射裂縫產(chǎn)生的主要方法；破碎與壓實完成后的路面是由混凝土碎塊構(gòu)成的嵌擠密實的結(jié)構(gòu)，密度較高，可以為之后加鋪層的施工奠定良好基礎(chǔ)，提供足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；整個施工過程均可實現(xiàn)機(jī)械化，降低施工難度，減少作業(yè)人員工作強(qiáng)度，且綜合造價相對較低；完成破碎處理的路面可直接作為新路面的基層或底基層結(jié)構(gòu)，然后直接進(jìn)行加鋪層施工，這是現(xiàn)階段混凝土路面最理想的一種翻修改造方式，不僅不會產(chǎn)生廢料，節(jié)省廢料運(yùn)輸與處理方面的費(fèi)用，還能從根本上防止造成環(huán)境污染及破壞；另外，施工不會給正常的交通通行造成太大影響，無需對路段進(jìn)行全部封閉[2]。

圖1 多錘頭碎石化施工工藝流程

3 方案實施注意事項與質(zhì)量控制

（1）共振碎石化需按照以下基本參數(shù)進(jìn)行施工：頻 率 為42～46Hz；振 幅 為10～20mm；激 振 力 為8～10kN；施工速度為3.2～6.5km/h；碎石化效率為650～1200m2/h。

（2）破碎施工必須嚴(yán)格按照預(yù)定參數(shù)進(jìn)行，對路面進(jìn)行破碎時，應(yīng)安排專人進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，并及時做好必要的調(diào)整，以使破碎后的路面達(dá)到預(yù)期效果。

（3）破碎結(jié)束后及時借助Z形壓路機(jī)實施振壓，碾壓遍數(shù)需達(dá)到3遍以上；完成以上初步振壓后，還需要借助光輪壓路機(jī)繼續(xù)振壓，其碾壓遍數(shù)同樣要達(dá)到3遍以上；在攤鋪瀝青混凝土前，還要用輪胎式壓路機(jī)做必要的補(bǔ)壓，以此為瀝青混凝土攤鋪創(chuàng)造良好條件。

（4）對特殊路段進(jìn)行破碎施工時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：在巖石基層及層厚達(dá)到40cm以上的段落，應(yīng)預(yù)先進(jìn)行破裂處理；對于軟弱路基段，需進(jìn)行以下處理：將原路面清理干凈后，開挖到保持穩(wěn)定的層次，然后采用級配碎石進(jìn)行換填，直到板塊的頂部。對于每次開挖的尺寸，其寬度不能比車道寬度小，且長度應(yīng)達(dá)到1.2m以上，這樣是為了保證最終的壓實效果。對于需進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理的段落，可增鋪一道級配碎石，其具體厚度結(jié)合現(xiàn)場情況確定。

（5）在破碎與原路面之間需做好全深度切割，以免對原路面完整性造成影響，并在破碎機(jī)翼錘處增設(shè)擋塵板，以免路面破碎時產(chǎn)生的碎屑飛濺，并有效控制揚(yáng)塵。

（6）破碎機(jī)的操作人員需按照規(guī)定佩戴防噪音裝置，并要求現(xiàn)場全體人員穿著反光服。

（7）實際破碎寬度不能比一個車道的寬度小，和相鄰車道搭接的部分，寬度應(yīng)達(dá)到15cm以上，否則罩面將對未破碎的路面造成影響。

（8）原路面中的傳力桿與鋼筋仍可保留，但從表面露出的部分應(yīng)及時切割，以免妨礙后續(xù)施工，切割下來的部分及時運(yùn)出場外。

（9）鋪筑施工開始前需清除所有松散材料，如脹縫料及填縫料等，必要的情況下使用級配碎石進(jìn)行填充。

（10）路面破碎必須貫穿其整個厚度，同時防止對既有構(gòu)造物和基層結(jié)構(gòu)造成破壞。對于破碎塊厚度，表層以7.5cm為宜，中間層以不超過22.5cm為宜，底層以不超過37.5cm為宜。若為配筋混凝土，則需確保破壞鋼筋和混凝土之間的結(jié)合。

（11）為了使破碎尺寸達(dá)到要求，需在選定的試驗段中選擇兩個相對獨(dú)立的位置進(jìn)行試坑開挖，然后對底面破碎尺寸進(jìn)行檢驗，并對既有構(gòu)造物與基層結(jié)構(gòu)造成的影響進(jìn)行綜合分析。壓路機(jī)碾壓結(jié)束后，需借助貝克曼梁實施彎沉測試，以確定代表彎沉值及其均方差，然后以此為依據(jù)對路面的均勻性進(jìn)行評價，并分段驗算層厚，明確能否達(dá)到要求。

4 基于碎石化技術(shù)的路面修復(fù)效果

4.1 加鋪層底部拉應(yīng)力

因不同路段所用碎石化技術(shù)有所不同，所以加鋪層施工完畢后其底部拉應(yīng)力存在一定差異[3]。為了對修復(fù)效果進(jìn)行綜合分析，以路面設(shè)計結(jié)構(gòu)為依據(jù)，結(jié)合規(guī)范要求的彈性模量及泊松比，得出以下各項計算指標(biāo)。

采用共振碎石化技術(shù)處理的路面，其不同結(jié)構(gòu)層次技術(shù)參數(shù)如表1所示；采用多錘頭碎石化技術(shù)處理的路面，其不同結(jié)構(gòu)層次技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表1 共振碎石化修復(fù)路面各結(jié)構(gòu)層計算參數(shù)

表2 多錘頭碎石化修復(fù)路面各結(jié)構(gòu)層計算參數(shù)

采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層底部實際拉應(yīng)力的變化情況如表3所示。從表3可知，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，其底部拉應(yīng)力比經(jīng)多錘頭碎石化處理的加鋪層小，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，其底部拉應(yīng)力不超過0.175MPa，最大值產(chǎn)生于和荷載中心相距16cm的位置，經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層，其底部拉應(yīng)力不超過0.23MPa，最大值產(chǎn)生于荷載中心。經(jīng)對比可知，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，其底部拉應(yīng)力極限值比經(jīng)多錘頭碎石化處理的加鋪層低23.9%[4]。

表3 采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層底部實際拉應(yīng)力的變化情況 單位：MPa

4.2 路面彎沉值

選擇代表性良好的路段按照貝克曼梁法原理實施路面彎沉值實測，采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層表面彎沉值的變化情況如表4所示。由表4可知，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，其表面彎沉值相對較小，不超過0.89（0.01mm），最大值產(chǎn)生于與荷載中心相距16cm的位置；經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層，其表面彎沉值相對較大，不超過1.13（0.01mm），最大值的位置和經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層相同，即與荷載中心相距16cm的位置，最大值比經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層高21.2%。

表4 采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層表面彎沉值的變化情況 單位：0.01mm

4.3 處理效果

根據(jù)采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層底部實際拉應(yīng)力的變化情況可知，經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層，其底部拉應(yīng)力相對較高，最大值可以達(dá)到0.23MPa，而根據(jù)采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層表面彎沉值的變化情況可知，經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層，其表面彎沉值相對較大，最大值可以達(dá)到1.13（0.01mm）。從以上結(jié)果可以看出，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，無論是底部拉應(yīng)力還是表面彎沉值都相對較小，造成這一現(xiàn)象的原因為對原混凝土路面進(jìn)行共振碎石化處理后，裂縫相對整齊，且有一定程度的傾斜向上，雖裂，但未碎，并沒有明顯的強(qiáng)度損失。但對原混凝土路面進(jìn)行多錘頭碎石化處理后，將使面板產(chǎn)生大量無規(guī)律裂縫，使強(qiáng)度嚴(yán)重?fù)p失?；诖?，在充分考慮完成修復(fù)的路面的最大承載力及剛度情況下，建議對原混凝土路面進(jìn)行共振碎石化處理，以保證路面整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

綜合上述分析，可得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層底部實際拉應(yīng)力的變化情況，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，其底部拉應(yīng)力相對較小，比經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層小23.9%。

（2）根據(jù)采用不同碎石化技術(shù)處理后加鋪層表面彎沉值的變化情況，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層，其表面彎沉值也相對較小，比經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層小21.2%。

（3）通過對兩種不同碎石化技術(shù)實際處理效果的綜合對比，無論是加鋪層底部拉應(yīng)力還是表面彎沉值，經(jīng)共振碎石化處理后的加鋪層都小于經(jīng)多錘頭碎石化處理后的加鋪層，其主要原因為共振碎石化處理后強(qiáng)度沒有太大的損失，更利于路面整體穩(wěn)定性，因此在一般情況下建議采用共振碎石化方法進(jìn)行舊混凝土路面處理，以保證路面的修復(fù)效果。