周文芳，周密，王穎

（1.湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411100；2.湖南鼎同工程科技有限公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

反射裂縫產(chǎn)生的主要原因是在基層或其下承層的收縮裂縫形成之后，由于瀝青面層對(duì)溫度變化相對(duì)敏感，且國省干線公路路面改造工程瀝青面層厚度一般較小，在交通荷載和溫度應(yīng)力共同的作用下，碎石化下承層裂縫處對(duì)應(yīng)的面層底部會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中和開裂現(xiàn)象，之后向上擴(kuò)展最終形成反射裂縫。本文依托國道G107線湘潭段水泥路面大修工程，從檢測(cè)層面進(jìn)行分析，通過對(duì)碎石化層進(jìn)行有效檢測(cè)評(píng)價(jià)，以降低路面反射裂縫的發(fā)展。

1 工程概況

G107線湘潭段水泥路面大修工程，本項(xiàng)目為G107線（樁號(hào)K1794+000—K1797+000、K1798+000—K1798+724、K1801+430—K1802+000、K1803+000—K1806+000）4個(gè)路段水泥路面大修工程，共計(jì)7.294km。原路面為20～32cm厚水泥混凝土路面，改建后路面結(jié)構(gòu)形式見表1。

表1 改建后路面結(jié)構(gòu)形式

2 共振碎石化技術(shù)簡介

水泥混凝土路面共振碎石化改造技術(shù)是指利用破碎設(shè)備將舊水泥混凝土路面打碎，水泥混凝土板塊通過碾壓變成較小的水泥混凝土顆粒，形成強(qiáng)度較均勻、結(jié)構(gòu)相對(duì)密實(shí)的結(jié)構(gòu)層。該結(jié)構(gòu)層作為路面基層與加鋪的瀝青混凝土面層共同形成新的路面結(jié)構(gòu)。該技術(shù)能有效解決加鋪中的反射裂縫問題，增強(qiáng)了改造后路面的耐久性和可靠性，延長了路面的使用周期，具有很好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。然而，由于實(shí)際施工情況的差異，進(jìn)行共振碎石化后，加鋪層仍然存在產(chǎn)生反射裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。本文旨在分析裂縫產(chǎn)生的原因并制訂相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方案，為采用共振碎石化技術(shù)進(jìn)行路面改造提供檢測(cè)依據(jù)。

3 反射裂縫的成因

路面在各種環(huán)境因素和車輛荷載的反復(fù)作用下，瀝青面層容易在下層水泥混凝土路面接縫或裂縫相應(yīng)位置上產(chǎn)生反射裂縫。產(chǎn)生反射裂縫的力學(xué)機(jī)制，通常認(rèn)為是由于下層接縫、裂縫處豎向和水平位移所致[1]。本研究未對(duì)溫度、荷載等外界因素進(jìn)行考量，僅針對(duì)道路自身?xiàng)l件，需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考量。

（1）面層攤鋪厚度。研究表明瀝青加鋪層的厚度可以耗散很大一部分路面荷載應(yīng)力，為減少張拉型和剪切型裂縫，加鋪層需要達(dá)到一定厚度。國省干線瀝青加鋪層的推薦厚度為4～10cm[1]。本研究項(xiàng)目國道G107線湘潭改造段面層厚度為9cm，能達(dá)到基本要求。

（2）碎石化材料層模量及其均勻性。面層、基層及其下承層模量的差異性是產(chǎn)生反射裂縫的主要原因之一。尤其是碎石化下承層本身模量產(chǎn)生差異時(shí)，尤其容易造成反射裂縫。因此，針對(duì)碎石化層的回彈模量檢測(cè)是衡量碎石化層質(zhì)量的重要指標(biāo)。在檢測(cè)過程中除應(yīng)考慮是否達(dá)到設(shè)計(jì)值要求外，還應(yīng)考慮其標(biāo)準(zhǔn)差或變異系數(shù)。碎石化層回彈模量出現(xiàn)較大差異時(shí)，即使未出現(xiàn)較大荷載也可能產(chǎn)生反射裂縫。

（3）層間黏結(jié)處理。黏結(jié)層模量會(huì)影響加鋪路面抗反射裂縫的能力，Wang等[2]研究結(jié)果表明，降低黏結(jié)層的模量可以提高加鋪路面的抗反射裂縫的能力。目前常見的層間黏結(jié)處理方式包括灑布改性瀝青黏結(jié)層和使用玻纖格柵兩種方式，其中國省干線常用灑布瀝青黏結(jié)層方式。

4 碎石化層檢測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)各類標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范規(guī)定，針對(duì)碎石化層的檢測(cè)主要包括碎石化層粒徑、回彈模量、彎沉、平整度、標(biāo)高、橫坡、高程等項(xiàng)目[3]，其中與后期反射裂縫相關(guān)性密切的主要有碎石化層粒徑、回彈模量、彎沉值等指標(biāo)。

4.1 碎石化層粒徑

碎石化層粒徑主要表征碎石化程度，在檢測(cè)過程中通常要求表層顆粒細(xì)小均勻，且粒徑小于3cm。檢測(cè)頻率為50～100m檢測(cè)一點(diǎn)，檢測(cè)位置一般為距離路肩2.0～2.5m行車道處。當(dāng)原水泥混凝土路面條件相同的情況下，可以作為試驗(yàn)段設(shè)置共振破碎機(jī)的振動(dòng)頻率、振幅、錘跡橫向凈距、行進(jìn)速度等施工工藝參數(shù)的依據(jù)。

不同種類及不同深度處的混凝土路面對(duì)粒徑要求有差異，一般認(rèn)為表層粒徑最小，越往下顆粒粒徑越大。因此，取樣過程要針對(duì)不同深度分層取樣并進(jìn)行檢測(cè)。此外，在實(shí)際檢測(cè)過程中通常選取檢測(cè)點(diǎn)為行車道輪跡處，并未對(duì)整體均勻性進(jìn)行考量。施工過程中遇到無土路肩路段或由于其他操作上的失誤很容易出現(xiàn)漏振現(xiàn)象，如圖1所示為無土路肩路段，硬路肩位置出現(xiàn)了比較明顯的漏振現(xiàn)象。漏振使得破碎層粒徑產(chǎn)生過大差異，容易在后續(xù)自然沉降及荷載作用下產(chǎn)生沉降差，這也是縱向反射裂縫開展的主要原因。因此，在對(duì)粒徑大小進(jìn)行檢測(cè)的同時(shí)也要重點(diǎn)檢測(cè)均勻性情況，防止由于漏振在后期產(chǎn)生反射裂縫。

圖1 硬路肩處出現(xiàn)漏振

此外，規(guī)范對(duì)于碎石化層粒徑大小有最大值限制卻無最小值要求，但實(shí)際施工過程中除了要避免漏振還應(yīng)防止過振現(xiàn)象。過振的直接表現(xiàn)是碎石化顆粒過小且回彈模量下降過大，對(duì)于其他參數(shù)控制不利。

4.2 回彈模量檢測(cè)

碎石化層回彈模量屬于強(qiáng)度指標(biāo)，也是衡量碎石化層破碎質(zhì)量的重要參數(shù)，本標(biāo)段碎石化層回彈模量設(shè)計(jì)值要求不小于400MPa，采用承載板法進(jìn)行檢測(cè)。在采用承載板進(jìn)行測(cè)定時(shí)需要重點(diǎn)注意停止加載標(biāo)準(zhǔn)，這關(guān)系到檢測(cè)數(shù)據(jù)是否能有效反映碎石層質(zhì)量。根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》[5]（JTG 3450—2019）承載板測(cè)試土基回彈模量的方法，當(dāng)回彈變形值超過1mm時(shí)，即可停止加載。但對(duì)于碎石層而言，其停止加載標(biāo)準(zhǔn)未做明確要求。在本項(xiàng)目檢測(cè)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)從測(cè)力環(huán)讀數(shù)18級(jí)后總變形量略有增加，但回彈變形量幾乎相同，因此，此時(shí)承載板加載已經(jīng)到達(dá)了其下方彈性層的水泥混凝土路面層，再加載檢測(cè)意義不大。結(jié)合此路段的實(shí)際工況及試驗(yàn)段數(shù)據(jù)，該路段承載板檢測(cè)回彈模量時(shí)應(yīng)加載到16或18級(jí)即可。

本路段檢測(cè)部位均為右側(cè)行車道，本文根據(jù)檢測(cè)報(bào)告對(duì)其中部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了分析，除了回彈模量數(shù)值滿足要求之外，還對(duì)不均勻系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，抽檢頻率為每公里3個(gè)點(diǎn)，本標(biāo)段部分路段回彈模量數(shù)值及標(biāo)準(zhǔn)差、不均勻系數(shù)如表1所示。

表1 （續(xù)）

表1 部分路段回彈模量值、標(biāo)準(zhǔn)差、不均勻系數(shù)

根據(jù)計(jì)算，本標(biāo)段回彈模量不均勻系數(shù)為0.038～0.21，均小于0.35，符合規(guī)范要求，且G107國道該標(biāo)段改造通車一年半內(nèi)無明顯反射裂縫出現(xiàn)，因此，認(rèn)為其回彈模量均勻性滿足要求。

4.3 彎沉值檢測(cè)

在國省干線檢測(cè)過程中，為反映結(jié)構(gòu)層及其下承層的強(qiáng)度及剛度指標(biāo)，還可以采用貝克曼梁進(jìn)行彎沉值檢測(cè)，且由于模量、變形、彎沉之間可以相互換算，因此常采用貝克曼梁檢測(cè)彎沉值的方法代替承載板檢測(cè)。檢測(cè)頻率每車道每5m檢測(cè)1點(diǎn)。高速公路和一級(jí)公路按單幅、二級(jí)及以下等級(jí)公路按全幅將彎沉值比較接近的段落劃分為同一區(qū)段，每區(qū)段長度不得小于500m，并對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度均勻性評(píng)價(jià)[4]。本標(biāo)段部分路段彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 部分檢測(cè)點(diǎn)彎沉值、標(biāo)準(zhǔn)差及不均勻系數(shù)

表2 （續(xù)）

對(duì)于碎石化層彎沉檢測(cè)，設(shè)計(jì)文件并無明確要求，但陜西省《舊水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)規(guī)范》（DB61/T 983—2015）[4]中提到對(duì)于碎石化層強(qiáng)度可以采用貝克曼梁或落錘式彎沉儀檢測(cè)彎沉值，雖然對(duì)于彎沉值無具體要求，但認(rèn)為當(dāng)變異系數(shù)CV≤0.35時(shí)，則判定該區(qū)段強(qiáng)度均勻性滿足要求。因此，對(duì)于碎石化層強(qiáng)度值的檢測(cè)，除數(shù)值上要滿足設(shè)計(jì)要求外，還應(yīng)該確保均勻性滿足要求。

5 結(jié)語

關(guān)于減少共振碎石化路面反射裂縫的研究，以往更多注重在層間黏結(jié)效果評(píng)價(jià)及施工工藝參數(shù)的設(shè)置。筆者認(rèn)為，反射裂縫防治的重點(diǎn)應(yīng)該是碎石化層質(zhì)量控制。通過對(duì)碎石化層制訂有效評(píng)估檢測(cè)方案，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)整碎石化方案，有利于提高碎石化層質(zhì)量，同時(shí)也避免了瀝青面層攤鋪后出現(xiàn)反射裂縫難以修復(fù)的情況。