共振碎石化技術(shù)在公路改造工程中的應(yīng)用與研究

古有軍

(綿陽市川交公路規(guī)劃勘察設(shè)計有限公司，四川綿陽621000)

綿陽市區(qū)域性綜合交通樞紐(綿梓路)改造提升工程屬于G108線的一段，于1999年建成通車，迄今已10年。原路為一級公路，路基寬度23.0m。

由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是5·12地震后，沿線運輸災(zāi)后重建物資的車輛激增，現(xiàn)有水泥混凝土路面已出現(xiàn)各種病害:麻面、脫皮、斷角、脫空、斷板裂縫等。

1 原路狀況的調(diào)查分析

1.1 原路狀況調(diào)查

(1)路面狀況指數(shù)PCI為28～39;(2)斷板率:8%～12%;(3)脫空率:30%～45%;(4)接縫傳荷能力:接縫傳荷能力不足率為50%左右;(5)路面板鉆芯情況:舊混凝土板厚度平均為244mm，彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.37MPa。

以上評定資料顯示，本項目路面改造提升宜采取碎石化技術(shù)。

1.2 交通量調(diào)查

(1)基礎(chǔ)資料收集，參見表1。

表1 交通量調(diào)查基礎(chǔ)資料

(2)BZZ－100累計標(biāo)準(zhǔn)軸次Ne(次/車道)計算結(jié)果:設(shè)計年限內(nèi)一個車道上的累計當(dāng)量軸次為8 763 228次。路面設(shè)計交通等級為中等交通。

2 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計

根據(jù)目前國內(nèi)外舊水泥混凝土路面翻修改造的新技術(shù)、新理念及本項目所在地氣象、水文條件、路面調(diào)查結(jié)果等，結(jié)合2009年9月14日《綿陽市區(qū)域性綜合交通樞紐(綿梓路)改造提升工程可行性研究報告評估意見》，確定本項目路面結(jié)構(gòu)組合如下:

面層采用4cm細(xì)粒式改性瀝青混凝土(AC－13C)+6cm中粒式瀝青混凝土(AC－20C)+6cm中粒式瀝青混凝土(AC－20C)+24cm原水泥混凝土路面共振碎石化層。

3 共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用

3.1 共振碎石化施工前的整備工藝

3.1.1 路面碎石化前的處理

(1)移除現(xiàn)存的瀝青罩面和瀝青補(bǔ)塊。舊水泥混凝土面層應(yīng)清除有礙于共振碎石化能量傳遞而影響碎石化效果的瀝青加鋪層或瀝青補(bǔ)塊，并清理干凈原路面，為共振機(jī)械破碎提供適宜的場地環(huán)境。

(2)需共振碎石化的舊水泥混凝土路面應(yīng)保證基層處于干燥狀態(tài)、路基處于干燥或中濕狀態(tài)，以使舊水泥混凝土面層碎石化時達(dá)到良好的破碎效果，同時減少施工對基層及土層的影響。

(3)排水系統(tǒng)設(shè)置或修復(fù)。排水設(shè)施包括路表排水、中央分隔帶排水及路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水。共振碎石化前設(shè)置的排水系統(tǒng)主要指路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水。

(4)特殊路段的處理。在路面破碎之前應(yīng)對出現(xiàn)嚴(yán)重病害的軟弱路段進(jìn)行以下修復(fù)處理:

①軟基換填:對于混凝土板發(fā)生嚴(yán)重破壞的路段以及在共振過程中判定的軟基區(qū)域。

②沉降路段或橋頭沉陷的處理:根據(jù)綿梓路實際情況，采取路基深層灌漿處治及對軟弱路基進(jìn)行翻挖換填。

3.1.2 鋪筑試驗路段

3.1.2.1 在大面積共振破碎前，先進(jìn)行試振，試振區(qū)長度為300m

(1)現(xiàn)場確定K20+200～K20+500右側(cè)為試驗段，施工結(jié)束后檢測了碎石化層頂面回彈模量，驗證其是否滿足變異性要求，參見表2。

根據(jù)本項目公路等級，按可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，其變異水平等級為“低”，目標(biāo)可靠度為90%，相應(yīng)可靠度系數(shù)取1.125。施工控制應(yīng)按≤0.15的變異系數(shù)控制回彈模量的變化范圍。選擇可靠度系數(shù)γr為保證率系數(shù)，S為實測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差，計算出實測回彈模量代表值(因舊水泥路面狀況差異很大，通過碎石化雖然可大大降低這種差異，但無法完全消除，為客觀評價碎石化層的性能，在計算變異系數(shù)時應(yīng)按如下處理:測試點位應(yīng)隨機(jī)選取，并不少于9個，計算變異系數(shù)時，應(yīng)去除1個最低值和兩個最高值，用剩余的6個值計算變異系數(shù))。

根據(jù)試驗路段實測數(shù)據(jù)，得到試驗路段回彈模量代表值為188.7MPa。

(2)粒徑狀況的檢查:檢查坑通常為1.2m(長)×1.2m(寬)×0.24m(水泥混凝土板厚)，檢查坑通常選在試振區(qū)的中央部位，數(shù)量1～3個。

3.1.2.2 根據(jù)破碎效果確定了破碎機(jī)的基本破碎參數(shù)為:振動頻率44Hz，振幅10～20mm，激振力8～10kN，施工速度3.0km/h，碎石化效率650m2/h。

3.2 共振碎石化施工工藝

(1)試驗路段的鋪筑主要為大面積施工提供施工參數(shù)，施工參數(shù)一旦經(jīng)過試振區(qū)確定下來，就應(yīng)用在整個碎石化工程路段內(nèi)，除非路段狀況發(fā)生了較大的改變。

進(jìn)行大面積施工過程中，要注意單幅路面長度破碎超過1km時，在破碎粒徑發(fā)生突變處挖試坑抽檢，驗證粒徑是否滿足要求，如果不滿足要作小幅調(diào)整，在此過程中無需繼續(xù)檢測回彈模量指標(biāo)，而以試坑粒徑狀況與試驗段有無顯著差別作為判斷是否合格的依據(jù)。

對于下臥層強(qiáng)度差異較大的不同路段要作不同的設(shè)備參數(shù)控制，可在其中一段控制參數(shù)的基礎(chǔ)上，做小幅調(diào)整以滿足其他段的破碎要求。

(2)在共振施工過程中應(yīng)注意特殊路段的處理。

①軟弱路段。對共振碎石化過程中及碾壓過程中經(jīng)判定的軟弱路段，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照劃定的區(qū)域?qū)浫醯牟糠职丛O(shè)計圖紙?zhí)幚?，不得漏換或超區(qū)域換填。

②過量碎石化路段。過量破碎可能使碎石化層出現(xiàn)嚴(yán)重“粉塵化”、使地基土出現(xiàn)“彈簧土”現(xiàn)象，此時應(yīng)該將該局部區(qū)域相關(guān)的“彈簧土”連同碎石化層材料一起挖除進(jìn)行換填。

③脫空路段。若脫空區(qū)域較小，則碎石化機(jī)械應(yīng)降低振動能量。

若碎石化后脫空對應(yīng)區(qū)域的碎石化粒徑過大，存在明顯大于其它路段的碎塊，則應(yīng)挖除脫空處對應(yīng)的碎石化層，用粗粒料或瀝青混合料回填并壓實。

3.3 共振碎石化施工后的整備工藝

3.3.1 碎石化層的清理

(1)人工清除碎石化層上舊水泥混凝土面層接、裂縫之間的條狀填料;碎石化表層若有尺寸大于5cm的碎塊應(yīng)予以清除，并采用連續(xù)型級配碎石回填;豎向大于5cm的凹地，也應(yīng)采用連續(xù)型級配碎石回填。

(2)如果碎石化層有鋼筋外露，外露部分需剪除至碎石化層頂面齊平，碎石化層中的鋼筋可保留在原處。

3.3.2 碎石化層的保護(hù)

(1)交通車輛的控制。應(yīng)控制碎石化層上的交通，禁止通行與施工無關(guān)的車輛，禁止車輛隨意在碎石化層上剎車與啟動;同時也要減少施工車輛不必要的來回通行。

(2)雨水的防治。碎石化應(yīng)充分做好雨水的防治工作。若碎石化后不能馬上進(jìn)行碾壓攤鋪，遇上雨水天氣，則要注意施工前設(shè)置的路面邊緣排水系統(tǒng)能有效地工作，待疏干碎石化層、舊路基層中的水分后方可進(jìn)行后續(xù)的瀝青面層攤鋪。

3.3.3 碎石化層的碾壓

壓實的主要作用是將破碎的路面表面的扁平顆粒進(jìn)一步破碎，同時穩(wěn)固下層塊料，為新鋪瀝青面層提供一個平整的表面。

建議壓實順序:

(1)首先采用Z型壓路機(jī)(不小于8t)將破碎后路面振動壓實或靜壓1～3遍;

(2)再用鋼輪壓路機(jī)振動壓實或靜壓1～3遍。

在路面綜合強(qiáng)度過高或過低的路段應(yīng)避免過度壓實，以防造成表面粒徑過小或?qū)⑺槭瘜訅喝牖鶎印?/p>

直線和不設(shè)超高的平曲線段，由兩側(cè)路肩開始向路中心碾壓;設(shè)超高的平曲線段，由內(nèi)側(cè)路肩向外側(cè)路肩進(jìn)行碾壓。

(3)碎石化層須灑水達(dá)最佳含水量約4%～5%才能碾壓，一般采用平壓1次—振壓2～3次—平壓1～2次為宜。

(4)振動壓路機(jī)碾壓相鄰碾壓帶應(yīng)重疊寬度100～200mm，折回時應(yīng)停止振動;輪胎壓路機(jī)碾壓時相鄰碾壓帶應(yīng)重疊1/3～1/2的碾壓輪寬度。

(5)對路面邊緣、加寬等大型壓路機(jī)難于碾壓的部位，宜采用自重1～2t的小型振動壓路機(jī)或振動夯板作補(bǔ)充碾壓。

3.3.4 破碎路段邊緣處理

對于橋梁、明蓋板涵、橋涵搭板等非碎石化路段和碎石化路面接縫應(yīng)考慮相應(yīng)的過渡措施，如在接縫上設(shè)置玻纖土工格柵等。玻纖土工格柵設(shè)置方法為:應(yīng)對稱過渡縫位置滿鋪一層玻纖土工格柵，前后各伸出1.5m長。玻纖土工格柵鋪設(shè)要求:格柵材料要求其強(qiáng)度不小于80kN/m，斷裂延長率不小于3%，網(wǎng)眼尺寸宜為其上瀝青面層材料最大粒徑的0.5～1.0倍，這樣有助于達(dá)到最佳剪切膠粘性，促進(jìn)集料嵌鎖與限制;鋪設(shè)格柵搭接長度不小于20cm。

3.4 施工質(zhì)量管理及驗收標(biāo)準(zhǔn)

舊水泥混凝土路面破碎后主要以破碎層粒徑和碎石化層頂面的當(dāng)量回彈模量作為控制。

(1)粒徑。碎石化層破碎后粒徑宜符合以下要求:0～1/2板厚部分小于7.5cm，1/2板厚以下部分7.5～23cm;含有鋼筋的舊水泥混凝土碎石化層，鋼筋以上部分碎塊粒徑7.5cm以內(nèi)，鋼筋以下部分碎塊粒徑在23cm以內(nèi);碎石化層小于0.075mm含量不大于7%;碎塊顆粒級配基本在級配碎(礫)石范圍內(nèi)。

(2)碎石化層頂面的當(dāng)量回彈模量是新加鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本參數(shù)之一。對于當(dāng)量回彈模量的測定建議采用承載板。根據(jù)工程實踐測試結(jié)果，一般情況下，碎石化層頂面的當(dāng)量回彈模量代表值宜控制在150～300MPa之間(綿陽地區(qū)共振碎石化層頂面的當(dāng)量回彈模量代表值一般在200MPa左右)。

(3)碎石化施工質(zhì)量檢驗指標(biāo)與測試頻度，參見表3。

表3 碎石化施工質(zhì)量檢驗指標(biāo)與測試頻度

4 施工難點及處理措施

(1)共振碎石化后的調(diào)平問題。

①共振碎石化層頂面標(biāo)高相對原混凝土路面頂標(biāo)高升高了1cm左右，這種情況設(shè)計單位在設(shè)計時應(yīng)作考慮。

②由于原水泥混凝土路面的不平整以及經(jīng)共振碎石化后為了滿足縱、橫坡要求，需要對碎石化后的頂面進(jìn)行調(diào)平，調(diào)平材料一般采用瀝青碎石或瀝青混凝土。

(2)對于透層油、黏層油的灑布，應(yīng)采用智能灑布車施做，以保證灑布質(zhì)量，嚴(yán)禁少灑、漏灑、花灑的現(xiàn)象出現(xiàn)。黏層油使用改性乳化瀝青，其規(guī)格、質(zhì)量和用量應(yīng)符合《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40－2004)的要求，以保證瀝青層之間的層間結(jié)合及連續(xù)，形成共同承受荷載的效果。

(3)重視防排水施工質(zhì)量，保證路面水盡快的排除，減少路面滲水軟化路基，降低強(qiáng)度。

(4)重視瀝青層每層的施工控制(壓實厚度、壓實行為、溫度控制、層間接縫等)，保證瀝青層壓實度、平整度、動穩(wěn)定度值等各種指標(biāo)滿足規(guī)范和設(shè)計要求。

5 效果評價

共振碎石化技術(shù)鋪筑瀝青混凝土路面能夠快速、有效地修建路面工程，施工周期短、環(huán)境污染少、節(jié)省投資、節(jié)約資源?！熬d梓路”實施共振碎石化技術(shù)鋪筑的瀝青混凝土路面表面平整密實;建成通車一年后，路面未出現(xiàn)網(wǎng)裂、裂縫和坑洞病害現(xiàn)象;且共振碎石化技術(shù)有效地控制和延緩了反射裂縫的發(fā)生，路面技術(shù)狀況良好。

6 結(jié)束語

(1)舊水泥混凝土路面采用共振碎石化技術(shù)，通過破碎將舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低到一定程度，防止反射裂縫的發(fā)生，同時能夠?qū)崿F(xiàn)兩者較好的平衡，且具有快速、有效地修建路面工程、改善路面狀況，施工周期短、節(jié)約資源、環(huán)境污染少，有效解決舊水泥混凝土路面改造難題。

在舊水泥混凝土路面維修改造時，推薦優(yōu)先選擇共振碎石化技術(shù)。盡管共振碎石化后，加鋪瀝青層厚度一般不小于15cm;但采用較厚的瀝青加鋪層，能達(dá)到較長的使用壽命。

(2)設(shè)計單位在綿梓路上實地選取了兩段長4km具有代表性的路段作為今后進(jìn)行長期監(jiān)測各項指標(biāo)變化情況的工點，一般每3個月進(jìn)行一次彎沉檢測及交通組成調(diào)查，以全面掌握路面變形情況，為今后該項技術(shù)的推廣、應(yīng)用提供可靠的依據(jù)。

[1]王松根．舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用指南[M］．北京:人民交通出版社，2007

[2]金福根．舊水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)應(yīng)用研究[J］．現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2008(11)

[3]楊成忠．共振破碎在舊混凝土路面碎石化中的應(yīng)用[J］．筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006(5)

[4]盧鐵瑞，趙之杰，李昌鑄．水泥混凝土路面再生利用結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工工藝指南[M］．北京:人民交通出版社，2008