舊混凝土路面共振碎石化的基層施工方案分析

查 進 （蚌埠市市政工程管理處，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

水泥混凝土路面具有強度高、剛性大、穩(wěn)定性好及設計年限長等優(yōu)點，在蚌埠市早期路面建設中大量采用，但隨著現(xiàn)代化的高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，尤其車輛已成為人們不可缺少的代步工具，交通量劇增，導致混凝土路面破損嚴重、承載力逐年下降，遠達不到其設計的使用年限，所以近5 年內(nèi)蚌埠市投入大量資金，將原有舊混凝土路面改造成瀝青混凝土路面。

瀝青混凝土路面不管是從行車舒適，還是維修養(yǎng)護等多方面考量，都是目前最優(yōu)的結構面層。而對舊混凝土路面破損位置的補強處理，設計單位也提出了多種處理方案，其中舊混凝土路面碎石化已成為成熟的優(yōu)選方案。常用的混凝土破碎技術有沖擊破碎、多錘頭破碎和共振破碎。沖擊破碎機械是在原有重力沖擊錘和振動壓路機壓穩(wěn)而改良的一種新型機械，該機械由牽引車拉動非圓型輪翻轉(zhuǎn)，不規(guī)則輪子的高低半徑對混凝土面層及基礎采取靜壓、揉搓、沖擊的持續(xù)沖擊碾壓工作。多錘頭機械故名錘頭多，具體數(shù)量要根據(jù)老混凝土路面鉆孔后的劈裂試驗確定，對老混凝土路面打碎后，擊碎的混凝土顆粒由上而下逐漸增大，經(jīng)碾壓后，上部顆粒形成平整面，下部顆粒間形成嵌擠結構。共振碎石是由機械共振錘頭破碎老混凝土路面，達到將破碎后的上層料相互嵌擠、下層相互嵌鎖的結構層，大大提高了該基層的強度和剛度，解決了原老混凝土路面板塊在裂縫、接縫處的水平及豎向位移，減少建成后瀝青混凝土面層反射裂縫出現(xiàn)。特點為優(yōu)化路面結構、根除反射裂縫、不傷害路基和地下管網(wǎng)、相比多錘頭和沖擊式施工方法而言其噪音小。

由于共振碎石舊混凝土路面有諸多優(yōu)點，本文結合黃山大道西段道路排水等市政設施改造項目對施工方案進行分析。

黃山大道為蚌埠市貫穿東西向的一條城市主干道，向西穿越高新區(qū)后并入東海大道，向東穿越高鐵、老山路及蚌五泗高速后，接至鳳陽城區(qū)，主要承擔著跨區(qū)域的溝通聯(lián)系，是城南快速通道。道路總長約25km，是完善蚌埠市路網(wǎng)的重要組成干道。

本次施工的黃山大道工程范圍位于高新區(qū)，起點大慶路，終點迎賓大道，全長約2.5km，設計時速60km/h，道路等級為城市主干路，規(guī)劃道路寬度50m（雙向六車道），工程總投資約6000 萬元。

1 前期調(diào)查工作

1.1 對舊混凝土路面進行損壞狀況調(diào)查

PCI（pavement condition index）是路面損壞狀況指數(shù)的一個十分重要的評價指標。PCI 綜合了損壞類型、損壞程度、損壞范圍或密度等方面的定量狀況。PCI 值越大，路面狀況越好。一般根據(jù)PCI 值的大小，劃分路面現(xiàn)狀等級。它不僅直接關系到道路養(yǎng)護方案的選擇，也是舊混凝土路面加鋪新路面結構方案設計的依據(jù)。水泥混凝土路面損壞分為11 項，分別是破碎板、裂縫、板角斷裂、錯臺、唧泥、邊角剝落、接縫料損壞、坑洞、拱起、露骨以及老舊混凝土路面維修過的面積。

依據(jù)城市道路損壞評定標準中的PCI 計算公式過于繁瑣，本次規(guī)劃設計單位采用公路PCI 計算公式，PCI=100-α0DRα1，其中DR 是路面破損率，α0和α1是設計參數(shù)，由設計單位提供，該公式簡便，易于操作計算，結果計算值為45，判定黃山大道PCI 指數(shù)等級為“次”，符合舊混凝土路面碎石化要求。

1.2 DBL混凝土板塊斷板率

由縱向、橫向、斜向裂縫發(fā)展而產(chǎn)生的已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板稱為斷板，而DBL 是已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板的塊數(shù)與混凝土路面板的總塊數(shù)的比值，以百分數(shù)表示。經(jīng)計算，黃山大道斷板率為18%，評價標準為“次”。

表1 現(xiàn)狀路面PCI等級

1.3 平均錯臺量

平均錯臺量采用量測接縫板邊的高程差，經(jīng)調(diào)查接縫高程差的平均值為12mm。

1.4 脫空率

脫空率測量方法較多，采用的儀器在本次施工中有難度，所以采用人工觀測。具體做法是人為觀察重型車輛在雨天路過裂縫處唧水情況的嚴重程度而判定該板塊是否脫空。經(jīng)觀察，該道路脫空率為25%。從以上數(shù)據(jù)判定，黃山大道西段可以采用舊混凝土路面共振碎石化設計方案。

2 開工前準備工作

2.1 做好清理工作

碎石化施工前，應做好舊混凝土路面的清理，清除舊混凝土板塊上存在的瀝青加鋪層及橫縫、脹縫處瀝青填縫材料。

2.2 設置應力釋放層

黃山大道西段是雙向六車道，斷面形式如圖1所示。

圖1 斷面形式圖

由于車行道邊緣載有路側石，所以要做好應力釋放措施。沿舊混凝土路面邊緣縱向切割，切割深度貫穿舊混凝土路面結構層；應力釋放渠寬度為50cm，形成邊緣先預裂效果。

2.3 特殊路段的處理

①軟弱路段

板塊唧漿、基層或路基含水量過大的不良路段，應先挖除面板以下基礎結構層，后用級配碎石換填碾壓。

②局部下陷路段

對于下沉大于5cm 路段，挖除舊混凝土面層，換填級配碎石。

2.4 標識構造物

對現(xiàn)場沿線需要保護的構造物做出明確標識，以確保這些構造物不會因碎石化施工而造成損壞。

2.5 保護地下附屬設施

經(jīng)過排查，對地下附屬設施采取有效保護。本次對雨污排水管提前做好疏通工作，車行道上的排水井也按設計圖紙做相應混凝土井圈加固。

3 試驗段選取

選取樁號0+200～0+400 段，長度200.0m，單塊板寬3.5m 作為試驗段。鉆孔取樣，車行道上的舊混凝土結構層22cmC30 混凝土面層、20cm5%水泥穩(wěn)定碎石、22cm 二灰碎石、20cm6%二灰土基層，下部為壓實黏性土，土基良好。

鉆取混凝土10 個鉆芯點，檢測舊混凝土板塊劈裂強度。將混凝土劈裂強度換算成抗彎拉強度，其值是3.8MPa，大于C30 混凝土抗拉強度的80%，符合混凝土路面碎石化規(guī)范要求。

在試驗段區(qū)域內(nèi)，用灑水車在破碎的車道上來回灑水，以抑制施工中產(chǎn)生的粉塵，灑水時間與破碎的時間宜控制在半小時以內(nèi)。

本次租賃的共振碎石機是中鐵科工的GPJ3X-600，采用3X 直線振動技術，在不降低振幅的工況下，利用車體的重量對振動施加工作壓力，對舊混凝土路面實行共振碎石。共振破碎機在破碎過程中不斷對行車速度、振幅、錘間距進行調(diào)整，確定共振設備的工作參數(shù)，如表2所示。

表2 對共振碎石化機械進行調(diào)頻后最佳工作方案一覽表

試振完成后，選取4 個1.2m 長、1.2m 寬、水泥板22cm 的檢查坑進行人工開挖，碎石篩分合格率符合表3 要求。試坑檢測完成后，用密級配碎石料回填壓實，并及時進行試驗段乳化瀝青封層，如表3所示。

表3 試驗段完成碎石化后的塊料級配表

為了更好地為瀝青路面結構設計提供充足理論數(shù)據(jù)，確保后期瀝青混凝土施工質(zhì)量，所以對本次試驗段進行了回彈彎沉試驗，機械選用標準軸載B22-100，20 個檢測點，合格率92%，計算回填模量為200MPa，符合瀝青混凝土下基層半剛性回彈模量要求。

通過共振技術破碎后的水泥板形成了一種比較理想的結構層。這種結構層的頂部（大約1/4～1/3)是碎化層，該碎化層不僅弱化了原水泥板的剛度，同時與下部的嵌鎖層一起吸收車輛的沖擊能量，是很好的半剛性基層結構。

4 開工建設

破碎順序由混凝土路面外側車道開始，從邊緣向中間破碎，破碎時應有重復破碎搭接面，搭接寬度不應小于5cm。破碎應全面徹底，不遺留未破碎區(qū)域；距離路緣石50cm 的舊混凝土路面，采用人工破碎法，形成應力釋放渠。

共振碎石化完成后，清除舊混凝土路面接縫內(nèi)大于5cm 的碎石塊，并對凹陷的路段采用級配碎石料回填。

碎石化后應及時壓實，受碎石化原理控制，共振碎石化后松散層顆粒粒徑較小，適當灑水，采用鋼輪壓路機和輪胎壓路機組合碾壓，單鋼輪振動壓路機的自重不小于18t。壓實遍數(shù)以壓實完成后表面均勻密實為準。

碾壓結束后，為使表面較松散的粒料具有一定的粘結力，宜噴灑乳化瀝青透層油，鋪裝瀝青面層前，不得通行車輛。嚴格控制在雨天來臨季，進行路面碎石化。

由于此路段是城南新區(qū)，居民不多，無高層住宅區(qū)，無大型廠房，樓層也控制在6 層以內(nèi)，碎石段離建筑物在8m 以上，并且已按行政主管部門要求做好安全圍擋，夜間不進行碎石化，以免擾民，白天施工時，也將機械噪音的分貝盡量調(diào)整在70dB以下，嚴格按照環(huán)保和社穩(wěn)方案執(zhí)行，給市民營造一個良好的生活環(huán)境，施工流程圖如圖2所示。

圖2 施工工藝流程圖

5 安全文明施工措施

5.1 安全要求

對人員進行安全教育，施工時必須配有安全帽和反光背心，施工人員和機械設備必須聽從現(xiàn)場負責人指揮。

根據(jù)工地情況，做好場地布置，合理安排臨時設施，進行安全保衛(wèi)工作，布置安全防護設施和統(tǒng)一的安全標志，在施工現(xiàn)場醒目位置設置固定的大幅安全標語及各種安全操作規(guī)程牌。

正確指揮和組織生產(chǎn)，堅持“安全第一”的原則，防止因機械操作人員疲勞施工。

做好宣傳和現(xiàn)場管理工作，非施工人員和車輛禁止入內(nèi)。

5.2 環(huán)境保護

對揚塵的控制，配備2 臺灑水車，及時灑水，做好揚塵措施。

對機械的噪聲控制，嚴格執(zhí)行舊水泥混凝土碎石化設計與施工技術指南的規(guī)定，在上午7：00～11：00 和下午14：00～18：00施工，杜絕晚間施工。

對于特殊地段需反挖結構層而產(chǎn)生的建筑垃圾外運，要求運輸車輛必須加以覆蓋，防止遺灑，污染市區(qū)環(huán)境。

所有運輸車輛進入現(xiàn)場，設專人進行統(tǒng)一指揮調(diào)度。

隨時派專人清掃場區(qū)施工道路，適量灑水壓塵，維護施工現(xiàn)場。

項目經(jīng)理對施工班組作業(yè)區(qū)的現(xiàn)場文明負責，落實到具體人。

完成各項施工任務，必須做到工完場清。采取有效的技術手段和管理措施將施工機械和運輸車輛的噪音控制到最低程度，為保護施工人員健康，經(jīng)常保養(yǎng)機械，避免影響工程進度。

6 采用舊混凝土路面共振碎石化在造價方面的優(yōu)勢

共振碎石化施工技術，能更有效地解決水泥混凝土路面加鋪出現(xiàn)反射裂縫這一關鍵性問題，以往幾年，在設計方案中多采用對于嚴重板塊損壞地方進行反挖換板。在板塊破損不是很嚴重地方，采用清縫后灌縫注漿法，增強舊混凝土板塊與下基層的整體剛度，稍后對脹縫、縱縫和橫縫處清理縫口，貼40cm 防裂貼及聚酯玻纖布鋪裝，灑乳化瀝青，再施工2 到3 層瀝青混凝土結構層。但經(jīng)過在施工過程中未能更好地將設計處理方案做細做好，無視細微處混凝土的損壞，不按施工圖紙方案進行施工，所以反射裂縫早早暴露。再加上交通量增加，改造后的瀝青加鋪路面未在設計使用年限內(nèi)就呈現(xiàn)不同程度的損壞。如施工單位再未能及時驗收，完成移交手續(xù)，后續(xù)的路面維修費用仍是由施工單位承擔，必將大大增加施工單位經(jīng)濟負擔。所以表4 將現(xiàn)優(yōu)化后的混凝土碎石化方案和以往貼防裂貼及加鋪玻纖布做應力吸收層方案，在造價費用上進行比對。

該段道路長約2500m（含交口），機動車道和非機動車道寬度31m，粗略估算道路面積88300m2。共振破碎工藝按照60 元/m2折算，采用共振碎石化技術能夠節(jié)省投資1442105元。

綜合上述計算結果，對比原先舊混凝土路面加鋪瀝青混凝土處理方案與現(xiàn)在舊混凝土路面共振碎石化后加鋪瀝青混凝土方案，共振碎石化不僅能夠加快施工進度，而且在結構基層的分部分項內(nèi)容中就節(jié)約工程造價約144.21 萬元，大大地減少了資金投入。

共振混凝土碎石化技術對舊路面地基的影響較小，施工方案具備進度快、程序簡便、效率高、節(jié)約工程造價費用等特點。通過共振碎石化施工，同時也解決了挖除混凝土碎塊而產(chǎn)生的建筑垃圾外運，減輕白色污染，保護城市環(huán)境，是目前解決舊混凝土路面加鋪瀝青混凝土容易出現(xiàn)反射裂縫問題的有效施工方案。