水泥路面碎石化技術(shù)在公路改造中的應(yīng)用研究

陽干平

(廣西壯族自治區(qū)忻城公路養(yǎng)護(hù)中心，廣西 來賓 546200)

0 引言

近年來，碎石化技術(shù)因具有施工速度快、交通干擾小及成本低等優(yōu)點(diǎn)，已在我國水泥混凝土路面改造和修復(fù)工程中得到廣泛應(yīng)用[1]。碎石化技術(shù)通過利用原路面破碎所得水泥板碎塊作為新路面的基層或墊層，有效節(jié)約了碎石材料，同時(shí)無須再對原路面進(jìn)行開挖處理，大幅提升了施工效率[2]。因此，深入研究碎石化技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用效果對其進(jìn)一步推廣具有重要意義[3-4]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于碎石化技術(shù)在公路工程中的應(yīng)用展開了大量研究，如喬俊飛等[5]發(fā)現(xiàn)碎石化技術(shù)在舊水泥混凝土路面改造中的運(yùn)用優(yōu)勢較多，可以減少反射裂紋的出現(xiàn)，提高了舊水泥混凝土路面改造的質(zhì)量，具有推廣意義和應(yīng)用價(jià)值。黃偉[6]從施工準(zhǔn)備、關(guān)鍵施工技術(shù)、質(zhì)量控制等方面系統(tǒng)地介紹共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用過程，并通過回彈模量、彎沉值等數(shù)據(jù)對施工質(zhì)量做出判斷，驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)的可行性。鄧有琛[7]對比分析共振碎石化技術(shù)與多錘頭碎石化技術(shù)對S207線桂平至鐵山港公路舊水泥路面處治效果，發(fā)現(xiàn)兩種施工方案均達(dá)到了預(yù)期效果，但共振碎石化技術(shù)維修效果略好。陳昌偉等[8]發(fā)現(xiàn)碎石施工工藝的應(yīng)用能夠增加彎沉量，并且還能有效控制混凝土彈性模量比，與設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一致，該技術(shù)值得在公路水泥工程中應(yīng)用。上述研究主要集中在碎石化技術(shù)應(yīng)用于普通公路及中等級公路路面改造工程，而關(guān)于碎石化技術(shù)在高速公路中的應(yīng)用研究還相對較少。基于此，為了驗(yàn)證碎石化技術(shù)在高速公路路面改造工程的優(yōu)良應(yīng)用效果，對某高速公路改造項(xiàng)目路面各項(xiàng)使用性能進(jìn)行檢測及跟蹤評價(jià)，并對比分析了改造前、后路面各項(xiàng)使用性能的變化規(guī)律。

1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目于2014年年底建成，該線路全長27.4 km，車道設(shè)計(jì)為雙向四車道，設(shè)計(jì)車速為100 km/h，公路等級為Ⅰ級，路基寬度25 m，為4×3.75 m行車道+2×3.5 m應(yīng)急車道+2 m中央隔離帶+2×0.5 m硬路肩，路面為25 cm厚水泥混凝土結(jié)構(gòu)。近年來，在重載車輛的長期作用下，原路面K42+100～K44+600段、K57+200～K59+600段以及K65+300～K66+400段出現(xiàn)大量車轍、裂縫、龜裂及坑槽等病害，按照《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG H20-2018)規(guī)范要求，針對病害路段的路面損壞狀況指數(shù)(PCI)、路基技術(shù)狀況指數(shù)(SCI)、行駛質(zhì)量指數(shù)(RQI)、抗滑性能指數(shù)(SRI)以及車轍深度指數(shù)(RDI)等評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行檢測，結(jié)果如表1所示。

表1 病害路段路況評價(jià)結(jié)果表(分)

根據(jù)表1可知，3段病害路段的路基技術(shù)狀況指數(shù)均>80分，評價(jià)等級良好，而路面損壞狀況指數(shù)、行駛質(zhì)量指數(shù)、抗滑性能指數(shù)和車轍深度指數(shù)均<80分，其中路面損壞狀況指數(shù)和抗滑性能指數(shù)更是<70分，評價(jià)等級較差，可以看出路段路面評價(jià)等級雖然合格，但存在較大的安全隱患。因此，為防止路面病害進(jìn)一步擴(kuò)展，計(jì)劃采用碎石化施工技術(shù)對病害路段的水泥混凝土路面進(jìn)行加鋪改造，以確保該道路運(yùn)營的安全性。

2 碎石化技術(shù)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)對病害路段路面檢測結(jié)果以及施工方案可行性的分析，提出兩種碎石化技術(shù)路面改造方案，其中K42+100～K44+600段路面改造采用共振碎石化技術(shù)，K57+200～K59+600段和K65+300～K66+400段路面改造采用多錘頭碎石化技術(shù)，具體施工方案如下：

方案1：路面加鋪結(jié)構(gòu)采用3 cm厚SMA-13改性瀝青混凝土上面層+熱瀝青黏層+5 cm厚AC-20改性瀝青混凝土中面層+熱瀝青黏層+11 cm厚ATB-30改性瀝青碎石下面層+1.5 cm厚瀝青碎石封層+25 cm厚共振碎石化原路面面層。

方案2：路面加鋪結(jié)構(gòu)采用3 cm厚SMA-13改性瀝青混凝土上面層+熱瀝青黏層+5 cm厚AC-20改性瀝青混凝土中面層+熱瀝青黏層+8 cm厚AC-25改性瀝青碎石下面層+1.5 cm厚瀝青碎石封層+20 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層+乳化瀝青封層+25 cm厚多錘頭碎石化原路面面層。

3 碎石化技術(shù)改造效果評價(jià)分析

為研究兩種碎石化技術(shù)方案對病害路段路面改造的實(shí)際效果，以改造前的路面路況評價(jià)結(jié)果為參照，分別針對改造后、半年后及一年后3個(gè)階段的路面損壞狀況、路基技術(shù)狀況、行駛質(zhì)量、抗滑性能以及車轍深度進(jìn)行檢測，并取各項(xiàng)指標(biāo)的檢測平均值進(jìn)行對比分析。

3.1 路面損壞狀況

通過統(tǒng)計(jì)各測點(diǎn)路面損壞狀況檢測結(jié)果，得到兩種施工改造方案的路面損壞狀況指數(shù)均值變化曲線如圖1所示。

圖1 路面損害狀況指數(shù)變化曲線圖

根據(jù)圖1可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段路面損壞狀況指數(shù)均>90分，評價(jià)等級優(yōu)秀，相對于改造前路面損壞狀況指數(shù)分別增加了58.4%和50.1%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段路面損壞狀況指數(shù)均有所下降，降低幅度分別為2.3%和2%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段路面損壞狀況指數(shù)再次有所下降，降低幅度分別為3.7%和3.9%，但總體評分依舊保持在90分以上，達(dá)到優(yōu)秀等級，由此說明兩種施工方案均有效改善了路面損壞狀況。

3.2 行駛質(zhì)量

通過統(tǒng)計(jì)各測點(diǎn)路面行駛質(zhì)量檢測結(jié)果，得到兩種施工改造方案的路面行駛質(zhì)量指數(shù)均值變化曲線如圖2所示。

圖2 路面行駛質(zhì)量指數(shù)變化曲線圖

根據(jù)圖2可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段行駛質(zhì)量指數(shù)均達(dá)到了90分以上，評價(jià)等級優(yōu)秀，相對于改造前行駛質(zhì)量指數(shù)分別增加了39.7%和33.2%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段行駛質(zhì)量指數(shù)均有所下降，降幅分別為1.9%和2.3%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段行駛質(zhì)量指數(shù)再次有所下降，降幅分別為4.1%和4%，但總體評分依舊保持在90分以上，達(dá)到優(yōu)秀等級，由此說明兩種施工方案均有效改善了路面行駛性能。

3.3 車轍深度

通過統(tǒng)計(jì)各測點(diǎn)路面車轍深度檢測結(jié)果，得到兩種施工改造方案的路面車轍深度均值變化曲線如圖3所示。

圖3 路面車轍深度指數(shù)變化曲線圖

根據(jù)圖3可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段車轍深度指數(shù)均達(dá)到了90分以上，評價(jià)等級優(yōu)秀，相對于改造前車轍深度指數(shù)分別增加了35.5%和28.9%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段車轍深度指數(shù)均有所下降，降低幅度分別為2.3%和2.6%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段車轍深度指數(shù)再次有所下降，降低幅度分別增至4%和4.4%，但總體評分依舊保持在90分以上，達(dá)到優(yōu)秀等級，說明兩種施工方案均有效改善了路面車轍狀況。

3.4 抗滑性能

通過統(tǒng)計(jì)各測點(diǎn)路面抗滑性能檢測結(jié)果，得到兩種施工改造方案的路面抗滑性能均值變化曲線如圖4所示。

圖4 路面抗滑性能指數(shù)變化曲線圖

根據(jù)圖4可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段路面抗滑性能指數(shù)均達(dá)到了90分以上，評價(jià)等級優(yōu)秀，相對于改造前路面抗滑性能指數(shù)分別增加了49.3%和45.3%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段路面抗滑性能指數(shù)均有所下降，降幅分別為1.8%和1.2%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段路面抗滑性能指數(shù)再次有所下降，降幅分別為3.8%和4.6%，但總體評分依舊保持在90分以上，達(dá)到優(yōu)秀等級，說明兩種施工方案均有效改善了路面抗滑性能。

3.5 路基技術(shù)狀況

通過統(tǒng)計(jì)各測點(diǎn)路基技術(shù)狀況檢測結(jié)果，得到兩種施工改造方案的路基技術(shù)狀況均值變化曲線如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段路基技術(shù)狀況指數(shù)均達(dá)到了90分以上，評價(jià)等級優(yōu)秀，相對于改造前路基技術(shù)狀況指數(shù)分別增加了14%和10.6%，改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段路基技術(shù)狀況指數(shù)均有所下降，降幅分別為2.3%和1.6%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段路基技術(shù)狀況指數(shù)再次有所下降，降幅分別為4.1%和3.2%，但總體評分依舊保持在90分以上，達(dá)到優(yōu)秀等級，說明兩種施工方案均有效改善了路基技術(shù)狀況。

圖5 路基技術(shù)狀況指數(shù)變化曲線圖

4 結(jié)語

本文結(jié)合某高速公路路面改造工程，針對病害路段的路面狀況進(jìn)行了檢測分析，提出了共振破碎和多錘頭破碎兩種路面改造方案，通過對改造后路面各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測和跟蹤評價(jià)發(fā)現(xiàn)，兩種碎石化技術(shù)均可有效解決路面病害問題，改造后的路面損壞狀況、行駛性能、車轍狀況、抗滑性能及路基技術(shù)狀況均得到大幅提升，總體評分均在90分以上，達(dá)到優(yōu)秀等級，且在運(yùn)營一年后路面的各項(xiàng)性能指數(shù)下降幅度不大，路面狀況保持良好，未出現(xiàn)嚴(yán)重病害現(xiàn)象，由此表明共振破碎和多錘頭破碎兩種碎石化技術(shù)在高速公路路面改造工程中均具有優(yōu)良的應(yīng)用效果。