水泥混凝土路面再生技術(shù)在道路工程中的應(yīng)用
——以中發(fā)路改擴建工程為例

杭 歡

（上海之景市政建設(shè)規(guī)劃設(shè)計有限公司， 上海 201508）

0 引言

水泥混凝土路面具有強度高、穩(wěn)定性好等特點，在我國20 世紀(jì)建設(shè)的部分高等級道路，尤其在地方道路中得到廣泛的應(yīng)用。其中較早修建的水泥混凝土路面，由于設(shè)計、材料、施工技術(shù)、施工管理和質(zhì)量控制等原因，以及車輛荷載隨著經(jīng)濟發(fā)展而快速增長，路面出現(xiàn)大量破壞，大部分已進入大中修階段。同時由于社會發(fā)展，許多道路功能發(fā)生轉(zhuǎn)變，道路等級或交通量需求提升，使得該部分道路需要進行改擴建。此時，原有水泥混凝土路面的處治成為該類型道路工程設(shè)計的一個重點。

1 可持續(xù)發(fā)展理念引入的重要性

隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略納入我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃，在道路設(shè)計領(lǐng)域也要求設(shè)計人員形成“質(zhì)量、環(huán)保、經(jīng)濟”一體化的綜合設(shè)計能力。在水泥混凝土路面的大中修或改擴建工程中，當(dāng)老路水泥混凝土板塊破損較嚴(yán)重，或道路線形、道路橫斷面、路面標(biāo)高等與規(guī)劃不相符，亦或因其他原因（如管道埋設(shè)等）需要對老路深度開挖等，老路混凝土經(jīng)常拆除后作為廢料進行處理。

該類廢料最常見的處理方法是將老路混凝土簡單破碎后，集中運輸至廢料堆積場再行處理或填埋，而這種處理方法往往需要占用大量的土地資源。隨著城市化進程的推進，一般在城市道路周邊土地資源日益稀缺，地方政府也會采取更為嚴(yán)格的管控措施，一般近距離難覓堆放點，而遠(yuǎn)距離運輸則會在運輸過程中產(chǎn)生更多的噪音、粉塵、掉落物等，對環(huán)境、生態(tài)、社會等產(chǎn)生更多破壞性和不和諧的因素。此外，由于水泥混凝土屬于無機結(jié)合料，其本身極難自然降解，如將其堆放或填埋，將來土地開發(fā)時又需要再次開挖和運輸，造成二次污染。因此，在水泥混凝土路面改造工程中引入可持續(xù)發(fā)展理念，對混凝土廢料進行及時、合理的處治是非常重要和迫切的。

2 舊水泥混凝土路面再利用的主要方法

可持續(xù)發(fā)展的核心理念在于以人與自然和諧為主線，合理開發(fā)和集約高效利用資源，實現(xiàn)“高消耗、高污染、低效益”向“低消耗、低污染、高效益”的轉(zhuǎn)變。從一般性的道路設(shè)計而言，可以在道路選線、規(guī)?？刂啤⒅兴赜?、雨水回收、綠植墻體等技術(shù)環(huán)節(jié)進行綜合設(shè)計[1]，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念。在水泥混凝土路面改造工程中，除上述技術(shù)環(huán)節(jié)外，原有水泥混凝土路面的處治利用是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理念的重要環(huán)節(jié)。

在水泥混凝土路面的處理利用方法中，一般根據(jù)舊混凝土路面的綜合評定結(jié)果，采取維修保留、破碎處治等措施[2]。在城市道路中，由于標(biāo)高受限因素較多，往往舊混凝土層僅能作為改造后路面的基層層面使用。若采取維修保留、再加鋪瀝青混凝土面層（白加黑）的方法，處置不當(dāng)則容易產(chǎn)生反射裂縫，此時可考慮舊混凝土路面破碎處治。

混凝土路面破碎處治常見有三種類型[3]：

一是打裂壓穩(wěn)，對混凝土路面施加高能量低頻沖擊外力，使板塊開裂，相鄰裂縫形成的塊狀面積為0.4～0.6 平方米。一般采用門架式設(shè)備，通過重力勢能完成對混凝土路面的打裂。成型后整體剛性較好，但均勻性較差，可延緩加鋪瀝青混凝土面層后反射裂縫的產(chǎn)生時間，但不能完全消除。

二是碎石化，采用落錘而低頻振動等方式，將舊混凝土板破碎成最大尺寸小于0.4 米、下粗上細(xì)的顆粒。有單錘頭和多錘頭等機械設(shè)備，尤其是多錘頭破碎工藝，配合有“Z”字花紋碾壓輪的震動壓實機對破碎后路面震動壓實，成型后均勻性較好，但整體剛性較差，力學(xué)模式更趨向于級配碎石，通過適當(dāng)?shù)臑r青加鋪層設(shè)計，可以有效防止放射裂縫的產(chǎn)生。

三是集料化，即將舊混凝土路面破碎、挖除、清運后集中加工處理為符合一定級配的集料，一般再作為新建路面的底基層或墊層使用。混凝土路面集料化的主要過程可分為三個過程：第一步為路面破碎、挖運和集中；第二步為集料清洗、再次破碎、篩分；第三步為返運、填筑、壓實。

上述三種方法中，打裂壓穩(wěn)和碎石化是將舊混凝土路面原地處治利用，二者的目的都是縮小舊混凝土板塊的尺寸。其中打裂壓穩(wěn)技術(shù)與碎石化相比，對水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)性破碎得不夠徹底，不能完全消除反射裂縫[4]。碎石化對加鋪層厚度要求較高[5]，在對路面標(biāo)高受限的路段往往不能適用，同時對其他條件也有一定限制，如路基強度、板塊厚度、周邊敏感建構(gòu)筑物等。而對于集料化，由于將舊混凝土路面完全挖除，在使用條件上基本不受限制。

本文案例位于城市集建區(qū)，在加鋪厚度、周邊建筑等限制較大且原混凝土板塊厚度較薄，同時又需翻挖老路埋設(shè)雨水管道，綜合以上因素，最終采用舊混凝土路面集料化的處治方法。

3 舊混凝土路面集料化在項目中的應(yīng)用

3.1 項目概況

本項目為朱涇鎮(zhèn)中發(fā)路（金廊公路-仙居路）道路改擴建工程。工程范圍西起金廊公路，東至仙居路，全長438.26m，規(guī)劃道路紅線寬度24 米，道路等級為城市次干路，設(shè)計速度40km/h，工程規(guī)模按照兩快兩慢實施，設(shè)計路面荷載BZZ-100，交通量等級為中等，路面結(jié)構(gòu)為瀝青混凝土。

工程主要內(nèi)容包括：工程起點K0+017.94 至K0+186.78 為新建路段，新建道路、橋梁、雨水管工程，以及污水管（修復(fù)）工程等；K0+186.78 至工程終點K0+456.20為改擴建路段，擬現(xiàn)狀水泥混凝土路面拆除重建、新建人行道、新建雨水管工程，以及污水管（修復(fù)）工程等。工程全線同步設(shè)置交通標(biāo)志標(biāo)線、路燈、綠化等附屬設(shè)施。

對于K0+186.78 至工程終點K0+456.20 的改擴建路段，引入了舊混凝土路面集料化的構(gòu)想。

3.2 舊水泥混凝土路面狀況

K0+186.78 至工程終點K0+456.20 為改擴建路段，現(xiàn)狀水泥混凝土路面寬度12 至16 米，水泥板塊厚度14 至18cm，二灰碎石基層厚度12 至20cm，碎石墊層厚度約10 至15cm。板塊脫空率接近100%，斷板率和錯臺量次至差，路面損壞狀況PCI 等級C 至D。

3.3 改擴建工程設(shè)計概況

3.3.1 平縱橫設(shè)計

道路平面按規(guī)劃布設(shè)，改擴建路段現(xiàn)狀走向與規(guī)劃中心線略有偏差，調(diào)整為規(guī)劃中心線走向。

改擴建段設(shè)計縱斷面受現(xiàn)狀限制，在老路標(biāo)高基礎(chǔ)上僅能少許提高，現(xiàn)狀路面標(biāo)高約4.0 米，設(shè)計路面標(biāo)高為4.1 米；新建段標(biāo)高不受限制，設(shè)計路面最低標(biāo)高為4.3 米。

設(shè)計道路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面組成為：4 米（人行道+行道樹）+16 米（機非混行車道）+4 米（人行道+行道樹）=24 米（道路紅線）。

3.3.2 路基設(shè)計

新建段沿線以廢棄農(nóng)田為主，充分清除表土和腐殖土，清表后設(shè)置30cm 礫石砂基底處理（本次舊混凝土路面集料化主要用于填筑該層），再鋪設(shè)40cm 采用6%石灰土，最后鋪筑路面結(jié)構(gòu)。

改擴建段路基在老路翻挖后壓實復(fù)測路基回彈模量和彎沉值，原則為保留。

3.3.3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

本工程路面結(jié)構(gòu)做法為：

4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C（SBS 改性瀝青Ⅰ-D）

乳化瀝青粘層油（PC-3，用量0.5L/m2）

8cm 粗粒式瀝青混凝土 AC-25C

1cm ES-3 型乳化瀝青稀漿封層

乳化瀝青透層油（PC-2，用量1.0L/m2）

35cm 水泥穩(wěn)定碎石

15cm 礫石砂

3.4 舊混凝土路面再生利用設(shè)計

3.4.1 再生料設(shè)計概況

本工程分為新建段和改擴建段，本著資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)保、節(jié)能高效的建設(shè)理念，將改擴建段舊混凝土板塊再生利用。考慮到本工程位于城市集建區(qū)，在加鋪厚度、周邊建筑等限制較大，且板塊厚度較薄，同時又需翻挖老路埋設(shè)雨水管道，故最終采用舊混凝土路面集料化的再生利用方法。

考慮到新建段路基清表后，清表后設(shè)置30cm 礫石砂基底處理，而舊混凝土路面集料化再生料的力學(xué)性質(zhì)與之類似，故將改擴建段的再生材料替代該層路基填料使用，設(shè)計路基路面結(jié)構(gòu)自上而下為：

4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土AC-13C（SBS 改性瀝青Ⅰ-D）

乳化瀝青粘層油（PC-3，用量0.5L/m2）

8cm 粗粒式瀝青混凝土 AC-25C

1cm ES-3 型乳化瀝青稀漿封層

乳化瀝青透層油（PC-2，用量1.0L/m2）

35cm 水泥穩(wěn)定碎石

15cm 礫石砂

40cm 6%石灰土

30cm 舊混凝土再生料

3.4.2 再生料技術(shù)指標(biāo)

為符合填筑要求，再生料在生產(chǎn)過程中，必須按照一定技術(shù)指標(biāo)進行制備。本次再生料用途為路基填料，從最大粒徑、最小強度、級配要求等嚴(yán)格要求。

1）最大粒徑：填料所在位置為下路床，最大粒徑按《城市道路路基設(shè)計規(guī)范》應(yīng)小于100mm。

2）最小強度：同樣，對應(yīng)次干路的下路床填料強度要求，填料最小強度（CBR）應(yīng)不小于4%。

3）級配要求：再生料應(yīng)具有一定級配，綜合考慮再生料制備工藝、填筑質(zhì)量等，采用以下級配區(qū)間：

混凝土再生料級配區(qū)間

3.4.3 再生料施工要求

1）再生料原材料生產(chǎn)須嚴(yán)格控制再生舊料的粒徑，并去除木屑及生活垃圾等雜物。

2）再生料填筑施工嚴(yán)格按照路基施工規(guī)范分層填筑，路床攤鋪層厚≤20cm，采用重型壓路機（20T 以上）碾壓。

3.4.4 再生料施工質(zhì)量控制

1）再生料填筑參照填石路基控制，應(yīng)對填料進行CBR 檢測，確保填料滿足強度要求。

2）再生料填筑路基施工質(zhì)量檢測指標(biāo)以回彈模量檢測為主：路基頂面回彈模量不小于30MPa。

3）采用孔隙率、壓實沉降差和施工參數(shù)聯(lián)合控制施工壓實質(zhì)量。

4）孔隙率不大于20%。

5）壓實沉降差為采用施工碾壓時的重型振動壓路機（14t 以上）按規(guī)定碾壓參數(shù)（強振，4km/h 以下速度）碾壓兩遍后各測點的高程差，其與碾壓遍數(shù)以及填料的壓實干密度有較好的相關(guān)關(guān)系，能較好反映壓實層整體密實情況。壓實沉降差標(biāo)準(zhǔn)為平均值不大于5mm，標(biāo)準(zhǔn)差不大于3mm。

6）通過鋪筑試驗路段合理確定施工參數(shù)，包括：分層填筑的厚度、壓實工藝及壓實控制標(biāo)準(zhǔn)等。

7）路基填筑過程中，可以用彎沉換算路基的回彈模量，其各層的彎沉值如下：

路基回彈模量換算彎沉值

4 結(jié)束語

本文在進行中發(fā)路道路工程設(shè)計時，針對舊混凝土路面采用了混凝土板塊集料化的處治方法，將舊混凝土板塊破碎后集中制備混凝土再生料，用于代替礫石砂路基填料，在最大粒徑、最小強度、級配要求等方面控制再生料的技術(shù)指標(biāo)，并對再生料的施工要求、質(zhì)量控制等提出了明確參數(shù)，有效控制填筑質(zhì)量以達(dá)到設(shè)計要求，從而減少砂石料的用量，同時也避免了混凝土廢料外運、堆放時的占地、污染等環(huán)境問題，有效推進了合理開發(fā)和集約高效利用資源、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。