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(jì)90 年代以來， 因水泥混凝土路面具有設(shè)計(jì)使用年限長、強(qiáng)度高、建設(shè)成本低等優(yōu)點(diǎn)，在我國得到大力發(fā)展，通車?yán)锍滩粩嘣鲩L。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(yán)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(xì)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(shí)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(jì)大道“白加黑”改造工程概況

2.1 工程概況

晉江市世紀(jì)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(jī)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(jī)動車道。 近年來，隨著晉江經(jīng)濟(jì)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(hù)困難的缺點(diǎn)，已無法適應(yīng)晉江市的城市發(fā)展目標(biāo)，因此，對世紀(jì)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(jì)

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(jìn)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(diǎn)， 同時具有舊水泥混凝土路面剛性特點(diǎn)，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(qiáng)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(shí)地調(diào)研，分析原路面設(shè)計(jì)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(diǎn)、全壽命周期成本進(jìn)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(fèi)用及日常養(yǎng)護(hù)費(fèi)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(diǎn)，決定采用單頭共振式破碎機(jī)進(jìn)行共振碎石化改造方案。

3 基于共振破碎化技術(shù)的世紀(jì)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(jī)動車道為保證整體強(qiáng)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(xiàng)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(jìn)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(yàn)段，其橫斷面布置為：10m(人非共板)+19m(機(jī)動車道)+12m(中央綠化帶)+19m(機(jī)動車道)+10m(人非共板)=70m。 試驗(yàn)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(jī)行進(jìn)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(jìn)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(jī)、復(fù)壓采用輪胎壓路機(jī)。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(yàn)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(jìn)行，每道工序后進(jìn)行檢查，滿足施工質(zhì)量后則進(jìn)入下一道工序。

圖1 共振碎石化施工流程

進(jìn)行共振碎石施工時，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：充分做好交通組織設(shè)計(jì)，確保道路安全及正常通行；及時灑水，防止揚(yáng)塵；由外側(cè)車道開始，沿行車方向進(jìn)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(jì)標(biāo)高及路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(jìn)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(jìn)行找平。施工機(jī)械宜選擇15 ～25t 輪胎壓路機(jī)1 臺；自重為10 ～20t 雙鋼輪振動壓路機(jī)1 ～2 臺；1 ～2t 小型振動壓路機(jī)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(jī)碾壓(10～20t)、復(fù)壓采用輪胎壓路機(jī)(15～25t)、終壓采用雙鋼輪振動壓路機(jī)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(jìn)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(jìn)行碾壓。

3.3 碾壓方案及參數(shù)

振動壓路機(jī)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(jī)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(shí)度達(dá)到規(guī)范要求，對于大型壓路機(jī)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(jī)或振動夯板進(jìn)行補(bǔ)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(jì)大道碎石化層碾壓參數(shù)如表3 所示。

表3 世紀(jì)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(jìn)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(jì)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(jì)要求。

同時，為了檢驗(yàn)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(jì)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(jì)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(jì)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(diǎn)外，“白加黑”施工后的世紀(jì)大道整體路面都未出現(xiàn)破損。

表4 世紀(jì)大道試驗(yàn)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(jì)大道“白加黑”改造工程，對共振碎石化基層施工技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、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(jìn)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(dá)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。