基于共振碎石化技術(shù)的“白加黑”工程施工技術(shù)研究

林志陽

(晉江市林業(yè)和園林綠化局總工室，晉江 362200)

1 前言

20 世紀90 年代以來， 因水泥混凝土路面具有設(shè)計使用年限長、強度高、建設(shè)成本低等優(yōu)點，在我國得到大力發(fā)展，通車里程不斷增長。但是隨著交通需求的日益增長、軸載的增加以及早期水泥路面使用年限的接近，舊水泥混凝土面板嚴重出現(xiàn)斷板、錯臺等病害，導(dǎo)致路面平整度差、抗滑性能低、道路使用者舒適度差，造成通行能力低，甚至出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象。急需通過改造提高道路通行能力及服務(wù)水平。 碎石化技術(shù)是舊水泥混凝土路面主要改造技術(shù)之一， 該技術(shù)將水泥混凝土路面破碎成粒徑小于38cm 的混凝土土塊， 并產(chǎn)生一個用于HMA 罩面的均勻基層，防止新鋪的熱拌瀝青(HMA)罩面上出現(xiàn)反射裂縫。該技術(shù)能有效清除水泥混凝土路面和分離路面中的鋼筋，細化后混凝土顆粒力學(xué)性質(zhì)與級配碎石相近，在我國山東等省份均有使用案例，分析已有工程實踐[1-3]，結(jié)果表明共振碎石化能夠有效解決瀝青反射裂縫的問題。

2 晉江市世紀大道“白加黑”改造工程概況

2.1 工程概況

晉江市世紀大道線路全長9.61km， 道路紅線寬度70m，是晉江市最重要的南北向交通干道，水泥混凝土路面，現(xiàn)狀路面具體結(jié)構(gòu)層為：24cm C35 水泥混凝土+20cm水泥穩(wěn)定碎石+18cm 碎石墊層， 總厚度57cm 機動車道；20cm 的C30 水泥混凝土路面+18cm 水泥穩(wěn)定碎石+15cm級配碎石，總厚度53cm 非機動車道。 近年來，隨著晉江經(jīng)濟的高速發(fā)展，對城市基礎(chǔ)設(shè)施的要求也不斷提高，現(xiàn)狀水泥混凝土路面存在車輛行駛舒適性差，噪聲大，養(yǎng)護困難的缺點，已無法適應(yīng)晉江市的城市發(fā)展目標(biāo)，因此，對世紀大道路面加鋪瀝青混凝土路面已成當(dāng)務(wù)之急。

2.2 路面結(jié)構(gòu)改造處理方案設(shè)計

目前， 常用的舊水泥路面加鋪瀝青面層的改造技術(shù)有兩種：一種是“白改黑”，通過對原有舊水泥混凝土路面進行翻挖，重新鋪筑，形成新的瀝青路面，這種改造技術(shù)工程造價高、施工工序復(fù)雜，產(chǎn)生大量工程廢料且施工噪音大；另一種為“白加黑”，即在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層， 該技術(shù)加鋪而成的路面具有瀝青混凝土路面的柔性特點， 同時具有舊水泥混凝土路面剛性特點，因此廣泛應(yīng)用于舊水泥路面的改建工程。

然而，“白加黑”方案存在出現(xiàn)反射裂縫的問題。產(chǎn)生反射裂縫的原因是由于舊混凝土路面加鋪瀝青罩面后，在舊混凝土路面的接縫、裂縫位置出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)拉應(yīng)力超過瀝青罩面層的抗拉強度時， 罩面層出現(xiàn)由底面往表面發(fā)展的裂縫，即反射裂縫。溫度以及行車荷載是導(dǎo)致反射裂縫產(chǎn)生主要外界因素， 溫度變化引起水泥混凝土收縮或膨脹，行車荷載造成豎向剪切位移，這些影響均會加速反射裂縫的發(fā)展。 國外學(xué)者Shahab Fallah、Nirmal Dhakal 以及長安大學(xué)王澤普[5-7]等根據(jù)研究成果和工程實踐經(jīng)驗提出加筋、 路面應(yīng)力消散等措施預(yù)防反射裂縫的發(fā)展。 共振碎石化技術(shù)將高頻低幅的震動通過破碎錘頭作用至水泥混凝土板塊內(nèi)部， 使水泥板塊表面的“裂紋”瞬間、均勻地傳遞到板塊底部，將板塊均勻整體的破碎， 同時將鋼筋與水泥塊體完全分離而基層結(jié)構(gòu)不受到破壞，是預(yù)防反射裂縫最有效的措施之一。該技術(shù)處理的水泥混凝土碎塊類似碎石， 可看作為新鋪道路的柔性基層，能有效防止反射裂縫的發(fā)展。

晉江世紀大道為城市主干路， 系早期水泥混凝土路面，沿線管線密布，交通量大，居住人口密集，經(jīng)過現(xiàn)場實地調(diào)研，分析原路面設(shè)計文件等相關(guān)資料，擬采用新建瀝青路面、瀝青加鋪、共振破碎改造三種方案。 并對三種方案的優(yōu)缺點、全壽命周期成本進行對比分析，分析結(jié)果詳見表1。

表1 不同改造方案對比分析

綜合對比新建瀝青路面、瀝青加鋪、共振破碎改造三種方案的初期建設(shè)成本(建設(shè)期一年)、中修費用及日常養(yǎng)護費用， 并考慮到共振破碎相比瀝青加鋪路面具有病害較少，行車舒適性高，產(chǎn)生建筑垃圾少，能夠保證改造期間道路正常通行，對居民影響較少等優(yōu)點，決定采用單頭共振式破碎機進行共振碎石化改造方案。

3 基于共振破碎化技術(shù)的世紀大道“白加黑”改造工程技術(shù)研究

3.1 技術(shù)參數(shù)

舊水泥路面破碎后，其粒徑宜符合以下要求：表面層0～3cm 以內(nèi)小于3cm，3cm～1/2 厚度部分3～7.5cm，1/2 厚度以下部分7.5～23cm；碎石化層小于0.075mm 含量不大于7%。對于軟弱路段、存在少量脫空的水泥板板邊、現(xiàn)狀非機動車道為保證整體強度，破碎粒徑標(biāo)準(zhǔn)可適當(dāng)放大，表層粒徑宜不大于30cm， 碾壓后碎石基層E0應(yīng)大于200MPa。

本項目為舊路改造工程， 路面結(jié)構(gòu)采用對現(xiàn)狀水泥混凝土板進行高頻共振破碎后新建柔性基層瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)，通過現(xiàn)有舊水泥混凝土路面現(xiàn)場調(diào)研，舊路路面應(yīng)滿足表2 的指標(biāo)要求，而其它病害因素如：裂縫、接縫、錯臺、表面破損、斷裂程度對共振碎石化技術(shù)影響較小，不是決定該改造技術(shù)的必要條件。

表2 指標(biāo)要求

3.2 基層施工

3.2.1 試破碎

該工程選K6+550～K6+650 長100m 范圍為試驗段，其橫斷面布置為：10m(人非共板)+19m(機動車道)+12m(中央綠化帶)+19m(機動車道)+10m(人非共板)=70m。 試驗路段施工參數(shù)為：錘頭振幅10～20mm，振動頻率42～46Hz，激振力8～10kN，碎石化機行進速度控制范圍3.2～6.5km/h；碎石化層碾壓順序按初壓、復(fù)壓、終壓依次進行，碾壓速度分別為：2～3km/h、3～4km/h、3～6km/h， 初壓和終壓采用雙鋼輪振動壓路機、復(fù)壓采用輪胎壓路機。路面破碎過程過程中逐級調(diào)整破碎參數(shù)， 并采取目測的方法檢驗破碎效果，記錄路表呈鱗片狀時的破碎參數(shù)。

3.2.2 共振碎石化施工工藝

共振碎石化施工工藝流程如圖1 所示， 所有工序依次進行，每道工序后進行檢查，滿足施工質(zhì)量后則進入下一道工序。

圖1 共振碎石化施工流程

進行共振碎石施工時，應(yīng)注意以下事項：充分做好交通組織設(shè)計，確保道路安全及正常通行；及時灑水，防止揚塵；由外側(cè)車道開始，沿行車方向進行共振化施工，破碎寬度選擇0.2 m。

3.2.3 破碎層碾壓

舊水泥塊經(jīng)破碎后， 按照道路設(shè)計標(biāo)高及路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計方案進行整平、碾壓。 對于高差小于25cm 的路段，直接采用級配碎石找平，然后與碎石化層同步碾壓；對于高差大于40cm 的路段，采用密級配瀝青砼襯墊，待碎石化層碾壓完成后再進行整平； 對于橋涵兩端新舊路面高差大于40cm 的路段， 采用現(xiàn)狀舊路路面上面直接加鋪水泥穩(wěn)定碎石至路面結(jié)構(gòu)層下5cm， 再加鋪5cm 碎石進行找平。施工機械宜選擇15 ～25t 輪胎壓路機1 臺；自重為10 ～20t 雙鋼輪振動壓路機1 ～2 臺；1 ～2t 小型振動壓路機1 臺；另配置1 臺4.5 ～8t 灑水車。

碎石化層的初壓采用雙鋼輪振動壓路機碾壓(10～20t)、復(fù)壓采用輪胎壓路機(15～25t)、終壓采用雙鋼輪振動壓路機碾壓(10～20t)， 直線路段以及未設(shè)超高的曲線路段，由兩側(cè)路肩向道路中心進行碾壓；設(shè)置超高的曲線路段，由內(nèi)側(cè)路肩向外側(cè)路肩進行碾壓。

3.3 碾壓方案及參數(shù)

振動壓路機碾壓作業(yè)：碾壓帶重疊寬度為10～20cm，不得在碾壓段上掉頭、轉(zhuǎn)彎，返回時禁止振動；輪胎壓路機作業(yè)：碾壓帶重疊1/3～1/2 的碾壓輪寬度，不得在碾壓段上掉頭、轉(zhuǎn)彎。 為確保壓實度達到規(guī)范要求，對于大型壓路機難于碾壓的部位，如路面邊緣、港灣式停車帶等，利用工作重量為1～2t 的小型振動壓路機或振動夯板進行補充碾壓。

碾壓作業(yè)后， 碎石化層表面任何有垂直位移超過20mm 的區(qū)域，均應(yīng)檢查，采用開挖移除處理，并用連續(xù)型級配碎石粒料回填。 世紀大道碎石化層碾壓參數(shù)如表3 所示。

表3 世紀大道碎石化層碾壓參數(shù)表

4 施工效果檢測

對施工質(zhì)量進行現(xiàn)場調(diào)查，可采取鉆芯取樣、無損檢測等方法，以獲取碎石化基層粒徑、級配以及物理力學(xué)特性參數(shù)。 檢測結(jié)果顯示，碎石化層厚度在0～18cm 以內(nèi)的級配碎石接近級配碎(礫)石，滿足設(shè)計要求(篩分結(jié)果見表4)，且碎石化層回彈模量介于250～520MPa，承載能力滿足設(shè)計要求。

同時，為了檢驗施工后的路面質(zhì)量與服務(wù)水平，采用行駛質(zhì)量指數(shù)(Riding Quality Index，RQI)評價施工后的世紀大道瀝青路面質(zhì)量。 RQI 表示了路面平整度與行駛舒適性的關(guān)系，其計算式為：

式中：IRI 為國際道路平整度指數(shù)，m/km；a0為修正系數(shù)，高速和一級公路取0.026，其它公路取0.0185；a1為修正系數(shù)，高速和一級公路取0.65，其它公路取0.58。 世紀大道的路面RQI 指數(shù)如圖2 所示，從檢測結(jié)果可以看出， 除了在路段連接處以及路段中存在個別病害點外，“白加黑”施工后的世紀大道整體路面都未出現(xiàn)破損。

表4 世紀大道試驗段碎石化層粒料篩分結(jié)果

5 結(jié)束語

本文依托晉江市世紀大道“白加黑”改造工程，對共振碎石化基層施工技術(shù)進行設(shè)計、施工、現(xiàn)場檢測、成本分析，得出以下結(jié)論：用共振碎石化工藝對舊水泥混凝土板進行新建路面基層施工能有效降低工程造價， 提高施工效率；共振碎石化施工能較徹底根除反射裂縫，保持施工后路基及路邊基礎(chǔ)設(shè)施完好， 破碎后的水泥碎塊無需清除，可作為柔性路基材料，不產(chǎn)生白色垃圾；共振碎石技術(shù)單車道日破碎可達2km，大大縮短施工工期，具有良好的應(yīng)用前景； 本研究可為同類工程改造技術(shù)提供工程借鑒，具有一定的指導(dǎo)意義。