舊水泥混凝土路面碎石化施工質(zhì)量控制研究

羅成萬(wàn)

（寧夏科立誠(chéng)工程監(jiān)理有限公司，寧夏銀川 750000）

1 工程概況

該項(xiàng)目屬舊路改建項(xiàng)目，舊路由兩部分組成。起點(diǎn)至羊刺溝口段舊路為山嶺重丘區(qū)二級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度40km/h，路基寬度8.5m，路面寬度8.0m，由于地形條件復(fù)雜且位于賀蘭山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)2km 外圍保護(hù)帶范圍內(nèi)，舊路路線指標(biāo)不滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的路段較多；羊刺溝口至終點(diǎn)段舊路為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度30km/h，路基寬度8.5m，路面寬度8.0m，受地形及煤礦限制，舊路路線也存在多處技術(shù)指標(biāo)超限的路段。

2 舊路路況調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，省道303 線汝箕溝口至白芨溝段公路，目前的主要病害形式如下。

2.1 舊水泥混凝土板的損壞情況

根據(jù)對(duì)舊路面破損情況的調(diào)查，該項(xiàng)目水泥混凝土路面主要病害類型（交叉裂縫、縱橫斜向裂縫、角隅斷裂）占總板數(shù)的95%以上。左幅車道的破損明顯多于右幅車道，原因?yàn)樽蠓嚨朗菑拿旱V往外運(yùn)煤的重型車輛通行，右幅主要為空車通行。

2.2 板底脫空情況

對(duì)選取代表性舊水泥混凝土路面路段進(jìn)行彎沉檢測(cè)，根據(jù)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.1—2001）條文說(shuō)明7.3.1 中以彎沉大于0.2mm（貝克曼梁彎沉儀所測(cè)）為脫空進(jìn)行判定?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)試驗(yàn)段K69+650—K69+850 進(jìn)行了彎沉檢測(cè)，彎沉在2～20（0.01mm）之間，只有一個(gè)點(diǎn)為28（0.01mm），脫空比例為1%。

2.3 舊路面厚度及強(qiáng)度

對(duì)舊水泥混凝土路面鉆取芯樣檢測(cè)厚度，厚度在25.5～30cm 之間，呈現(xiàn)出中間厚、邊部薄的情況。對(duì)舊混凝土路面進(jìn)行鉆芯取樣，檢測(cè)混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度在4.4～4.8MPa 之間。

3 碎石化施工控制研究

通過(guò)機(jī)械設(shè)備對(duì)比分析，選用山東興路重工科技有限公司生產(chǎn)的RPB-GP60 型高頻共振破碎機(jī)進(jìn)行了碎石化施工。

3.1 施工方法及工藝流程

3.1.1 施工工藝

交通管制—舊路面的清理—路面下管網(wǎng)位置與橋涵施工界限標(biāo)記—路基、路面排水設(shè)施及隔振溝施工—共振破碎機(jī)試振確定基本工作參數(shù)—共振碎石化破碎施工—破碎層頂面超過(guò)10cm 混凝土塊及雜物清除—破碎層找平碾壓—質(zhì)量檢查。

3.1.2 施工準(zhǔn)備

（1）測(cè)量放線

共振碎石化底基層施工前，在施工影響區(qū)外設(shè)置控制點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工放樣。

（2）破碎界限及隔振措施

共振碎石化施工作業(yè)最小凈距：橋梁工程，從搭板算起不小于4.5m；涵洞工程，不小于1.5m；擋土墻，不小于1m（路堤擋土墻不小于1.5m）；管線，不小于1m。該工程共振碎石化施工路段距離附近橋涵等構(gòu)筑物的安全距離均符合上述要求，無(wú)須采取隔振措施，可直接進(jìn)行共振碎石化施工[1]。

（3）共振破碎設(shè)備

共振破碎設(shè)備宜選用高頻低幅類，該工程試驗(yàn)段選用山東興路重工科技有限公司RPB-GP600 型高頻共振破碎機(jī)。該機(jī)單幅作業(yè)寬度200～300mm，振動(dòng)頻率0～60Hz，工作振幅10～20mm，作業(yè)速度0～40m/min，施工效率2000～3000m2/d。選用徐工25t振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓。

（4）交通導(dǎo)改

根據(jù)交通導(dǎo)改方案，實(shí)施半封閉和全封閉相結(jié)合施工。共振碎石化施工前，已在右側(cè)修建了施工便道。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，按照交通導(dǎo)改方案中半封閉和全封閉施工的要求，設(shè)置了交通安全設(shè)施。

（5）排水設(shè)施

共振碎石化底基層施工前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，結(jié)合路面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在舊混凝土路面排水不暢的路段，修建臨時(shí)排水溝，以便下雨時(shí)，能及時(shí)排除路面積水，防止雨水滲入路基。共振碎石化底基層施工完成后，及時(shí)進(jìn)行正式排水系統(tǒng)施工。

（6）舊路面的清理

破碎前，應(yīng)清理舊路面上的瀝青混合料修補(bǔ)材料、填縫材料及其他污染物。

3.1.3 破碎層的找平及碾壓

（1）對(duì)清除后留下的坑槽，采用級(jí)配碎石回填找平。

（2）水泥混凝土路面共振碎石化作業(yè)不得在下雨天施工。破碎后的路面應(yīng)及時(shí)進(jìn)行碾壓，以免遭受雨水浸泡，影響路基穩(wěn)定。

（3）采用徐工25t 振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行碾壓；碾壓時(shí)，應(yīng)適當(dāng)灑水，灑水量以能濕潤(rùn)破碎層為宜，不得滲入路基；破碎層的碾壓應(yīng)按初壓、復(fù)壓、終壓三個(gè)階段進(jìn)行，碾壓應(yīng)遵循先輕后重、由邊向中、先慢后快、從低到高的原則。

（4）碾壓時(shí)，應(yīng)重疊1/3 輪寬，后輪必須超過(guò)兩段的接縫處。各部分碾壓的次數(shù)應(yīng)盡量相同。對(duì)于壓路機(jī)壓不到的地方，應(yīng)用小型壓實(shí)機(jī)具碾壓密實(shí)。具體碾壓工藝如下。一是初壓：采用靜壓方式進(jìn)行碾壓，碾壓2 遍，前進(jìn)速度控制在2.0km/h。初壓后，使破碎混凝土塊之間初步密實(shí)、穩(wěn)定。對(duì)碎石層表面?zhèn)€別存在大于10cm 的碎塊，采用人工清除。對(duì)清除后留下的坑槽及其他初壓后暴露的低洼不平的部位，再次用級(jí)配碎石回填找平，再進(jìn)行復(fù)壓和終壓。二是復(fù)壓：采用振動(dòng)碾壓方式進(jìn)行碾壓，碾壓2～3 遍，碾壓速度控制在3.6km/h。三是終壓：采用靜壓方式進(jìn)行碾壓，碾壓2 遍，碾壓速度控制在4.0km/h。碾壓完成后，保證碎石化層強(qiáng)度的均勻性、表層的平整度、橫坡及高程等符合質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)[2]。

（5）嚴(yán)禁壓路機(jī)在已完成的或正在碾壓的路段上調(diào)頭或緊急制動(dòng)，以保證碎石底基層表面不受破壞。

（6）碎石層的裸露時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，共振碎石層碾壓完成后，不得開放交通，以免破壞碎石層頂面松散顆粒，并及時(shí)進(jìn)行水泥穩(wěn)定基層的施工。

3.2 彎沉檢測(cè)

碎石化后對(duì)彎沉進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)值在20～78（0.01mm）之間，相比在碎石化前的彎沉值在2～28(0.01mm）之間，有大幅增加，說(shuō)明碎石化已經(jīng)對(duì)舊路面板體有所破壞，承載能力有所降低。

回顧性分析我院在以往六年之內(nèi)所接診的十二指腸損傷患者資料80例(2012.1-2018.1),所選80例患者中男性50例,女性30例,最小年齡4歲,最大年齡60歲,其中交通事故傷患者50例,刀刺傷患者5例,重物擠壓傷10例,高空墜落傷5例,打架致傷10例;80例患者中十二指腸穿孔60例,外傷20例;患者受傷到接受手術(shù)治療時(shí)間:4小時(shí)以內(nèi)30例,4小時(shí)到8小時(shí)之間40例,8小時(shí)以后10例。80例患者臨床表現(xiàn)包括上腹部劇烈疼痛,向會(huì)陰部以及腰背部放射,腹部存在不同程度腹膜刺激癥狀,伴隨惡心嘔吐,其中20例患者存在休克癥狀。

3.3 粒徑檢測(cè)

經(jīng)過(guò)壓路機(jī)碾壓后，表層部分粒徑＜7.5cm。開挖試坑檢查中、下部粒徑，75%以上的粒徑＜23cm，且呈現(xiàn)碎塊嵌鎖咬合、裂而不散的狀態(tài)。

3.4 鉆芯檢測(cè)

通過(guò)鉆取芯樣及孔壁查看（見圖1、圖2），碎石化程度良好，上半部分粒徑較小，下半部分粒徑較大，且呈現(xiàn)不規(guī)則的斜向裂縫，是一種理想的柔性嵌鎖結(jié)構(gòu)層，既能消除混凝土路面的反射裂縫，又能保證有一定的承載能力。

圖1 鉆取芯樣圖

圖2 芯樣孔壁圖

3.5 回彈模量的檢測(cè)

3.5.1 回彈模量檢測(cè)的方法

共振碎石化后，經(jīng)過(guò)碾壓合格后，選取點(diǎn)位，對(duì)碎石化層位的回彈模量采用了承載板法進(jìn)行了檢測(cè)。

3.5.2 回彈模量的計(jì)算與整理

（1）回彈模量計(jì)算

根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG 3450—2019）中T0943-2008 承載板測(cè)試土基回彈模量方法，計(jì)算各級(jí)壓力的回彈變形值加上該級(jí)的影響量后，則為計(jì)算回彈變形值。各級(jí)壓力下的影響量ai，按式（1）計(jì)算[3]：

式（1）中：T1為測(cè)試車前后軸距，m；T2為加勁小梁距后軸距離，m；D為承載板直徑，m；Q為測(cè)試車后軸重，N；Pi為該級(jí)承載板壓力，Pa；a為總影響量（0.01mm）；ai為該級(jí)壓力的分級(jí)影響量（0.01mm）。

將各級(jí)計(jì)算回彈變形值點(diǎn)繪于標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算紙上，排除顯著偏離的異常點(diǎn)，并繪出順滑的P-L 曲線。如曲線起始部分出現(xiàn)反彎，應(yīng)修正原點(diǎn)。

按下式（2）計(jì)算相應(yīng)于各級(jí)荷載下的回彈模量Ei值：

式（2）中：Ei為相應(yīng)于第i級(jí)荷載下的土基回彈模量，MPa；μ0為土的泊松比，根據(jù)路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定取用，當(dāng)無(wú)規(guī)定時(shí)，非黏性土可取0.30，高黏性土取0.50。一般可取0.35 或0.40；Li為相對(duì)于荷載pi時(shí)的第i級(jí)回彈變形計(jì)算值，cm。

取結(jié)束試驗(yàn)前的各回彈變形值，按線性回歸方法，由下式（3）計(jì)算路面破碎層回彈模量E0值。

（2）回彈模量整理

通過(guò)對(duì)選取的12 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行破碎后回彈模量檢測(cè)，其范圍在323～574MPa 之間，介于級(jí)配碎石的模量和半剛性基層的模量之間，詳見表1。

表1 回彈模量數(shù)據(jù)匯總表

4 動(dòng)態(tài)變形模量的檢測(cè)

根據(jù)《鐵路工程土工試驗(yàn)規(guī)程》（TB 10102—2010）34 動(dòng)態(tài)變形模量試驗(yàn)，對(duì)碎石化后的結(jié)構(gòu)層，選取點(diǎn)位進(jìn)行了動(dòng)態(tài)變形模量的檢測(cè)。

4.1 測(cè)試步驟

其一，荷載板放置在平整好的測(cè)試面上，安裝上導(dǎo)向桿并保持其垂直。其二，將落錘提升至掛（脫）鉤裝置上掛住，然后使落錘脫鉤并自由落下，當(dāng)落錘彈回后，將其抓住并掛在掛（脫）鉤裝置上。按此操作進(jìn)行3 次預(yù)沖擊。其三，正式測(cè)試時(shí)，按上述步驟二的方式進(jìn)行3 次沖擊測(cè)試，作為正式測(cè)試記錄。測(cè)試時(shí)，應(yīng)避免荷載板的移動(dòng)和跳躍。

4.2 測(cè)試結(jié)果計(jì)算

式（4）中：EVD為動(dòng)態(tài)變形模量，MPa；s 為承載板沉陷值，mm。

通過(guò)對(duì)上述回彈變形模量同一點(diǎn)位選取的12 個(gè)點(diǎn)，進(jìn)行破碎后動(dòng)態(tài)變形模量檢測(cè)，其范圍在131～185MPa 之間，詳見表2。

表2 動(dòng)態(tài)變形模量數(shù)據(jù)匯總表

5 回彈模量與動(dòng)態(tài)變形模量關(guān)系研究

為得出同一點(diǎn)的承載板法測(cè)回彈模量和動(dòng)態(tài)變形模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，選取了其中12 個(gè)點(diǎn)位，同時(shí)開展動(dòng)態(tài)變形模量與承載板法測(cè)回彈模量，進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)分析，以便得出回彈模量與動(dòng)態(tài)變形模量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

通過(guò)觀察回彈模量與動(dòng)態(tài)變形模量的關(guān)系，符合線性回歸，經(jīng)回歸得出以下公式（5）：

式（5）中：X 為動(dòng)態(tài)變形模量，MPa；Y 為回彈模量，MPa。

由于承載板法檢測(cè)回彈模量，使用車輛設(shè)備及配合人工多，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)（測(cè)一個(gè)點(diǎn)從開始至結(jié)束接近3h），且對(duì)試驗(yàn)環(huán)境的要求高（現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)力、振動(dòng)等）。稍有影響會(huì)造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。為保證正常檢測(cè)不影響工程進(jìn)度，加快檢測(cè)速度，擬采用比較快捷的動(dòng)態(tài)變形模量檢測(cè)方法——換算承載板法檢測(cè)回彈模量值。

6 結(jié)論

其一，碎石化技術(shù)是一種重要的舊水泥混凝土路面處治技術(shù)，環(huán)境污染少，節(jié)約石料資源，能降低成本，加快改建周期，且實(shí)現(xiàn)了道路廢料的循環(huán)利用。在正式破碎前，對(duì)舊路進(jìn)行調(diào)查，取得數(shù)據(jù)，進(jìn)行破碎前的試振，總結(jié)出機(jī)械的破碎參數(shù)。根據(jù)不同的路面狀況，實(shí)現(xiàn)智能破碎，做到既不過(guò)度破碎，也不欠破碎、漏破碎。其二，碎石化技術(shù)改造舊水泥混凝土路面不僅技術(shù)上可行，而且能提高路面的行駛質(zhì)量，有效防止反射裂縫，延長(zhǎng)道路的使用壽命，縮短舊路改造的工期，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該技術(shù)的推廣，對(duì)舊水泥混凝土路面改造具有廣闊的前景。其三，通過(guò)對(duì)同一點(diǎn)承載板檢測(cè)回彈模量與動(dòng)態(tài)變形模量，找到其中的規(guī)律。望后期能在具體的施工中，提高承載板法檢測(cè)回彈模量的效率，加快舊水泥混凝土路面碎石化的施工進(jìn)度。