共振碎石化技术在公路改造工程中的应用与研究

古有军

(绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司，四川绵阳621000)

绵阳市区域性综合交通枢纽(绵梓路)改造提升工程属于G108线的一段，于1999年建成通车，迄今已10年。原路为一级公路，路基宽度23.0m。

由于经济的快速发展，特别是5·12地震后，沿线运输灾后重建物资的车辆激增，现有水泥混凝土路面已出现各种病害:麻面、脱皮、断角、脱空、断板裂缝等。

1 原路状况的调查分析

1.1 原路状况调查

(1)路面状况指数PCI为28～39;(2)断板率:8%～12%;(3)脱空率:30%～45%;(4)接缝传荷能力:接缝传荷能力不足率为50%左右;(5)路面板钻芯情况:旧混凝土板厚度平均为244mm，弯拉强度标准值为5.37MPa。

以上评定资料显示，本项目路面改造提升宜采取碎石化技术。

1.2 交通量调查

(1)基础资料收集，参见表1。

表1 交通量调查基础资料

(2)BZZ－100累计标准轴次Ne(次/车道)计算结果:设计年限内一个车道上的累计当量轴次为8 763 228次。路面设计交通等级为中等交通。

2 路面结构组合设计

根据目前国内外旧水泥混凝土路面翻修改造的新技术、新理念及本项目所在地气象、水文条件、路面调查结果等，结合2009年9月14日《绵阳市区域性综合交通枢纽(绵梓路)改造提升工程可行性研究报告评估意见》，确定本项目路面结构组合如下:

面层采用4cm细粒式改性沥青混凝土(AC－13C)+6cm中粒式沥青混凝土(AC－20C)+6cm中粒式沥青混凝土(AC－20C)+24cm原水泥混凝土路面共振碎石化层。

3 共振碎石化技术的应用

3.1 共振碎石化施工前的整备工艺

3.1.1 路面碎石化前的处理

(1)移除现存的沥青罩面和沥青补块。旧水泥混凝土面层应清除有碍于共振碎石化能量传递而影响碎石化效果的沥青加铺层或沥青补块，并清理干净原路面，为共振机械破碎提供适宜的场地环境。

(2)需共振碎石化的旧水泥混凝土路面应保证基层处于干燥状态、路基处于干燥或中湿状态，以使旧水泥混凝土面层碎石化时达到良好的破碎效果，同时减少施工对基层及土层的影响。

(3)排水系统设置或修复。排水设施包括路表排水、中央分隔带排水及路面结构内部排水。共振碎石化前设置的排水系统主要指路面结构内部排水。

(4)特殊路段的处理。在路面破碎之前应对出现严重病害的软弱路段进行以下修复处理:

①软基换填:对于混凝土板发生严重破坏的路段以及在共振过程中判定的软基区域。

②沉降路段或桥头沉陷的处理:根据绵梓路实际情况，采取路基深层灌浆处治及对软弱路基进行翻挖换填。

3.1.2 铺筑试验路段

3.1.2.1 在大面积共振破碎前，先进行试振，试振区长度为300m

(1)现场确定K20+200～K20+500右侧为试验段，施工结束后检测了碎石化层顶面回弹模量，验证其是否满足变异性要求，参见表2。

根据本项目公路等级，按可靠度设计标准，其变异水平等级为“低”，目标可靠度为90%，相应可靠度系数取1.125。施工控制应按≤0.15的变异系数控制回弹模量的变化范围。选择可靠度系数γr为保证率系数，S为实测数据标准偏差，计算出实测回弹模量代表值(因旧水泥路面状况差异很大，通过碎石化虽然可大大降低这种差异，但无法完全消除，为客观评价碎石化层的性能，在计算变异系数时应按如下处理:测试点位应随机选取，并不少于9个，计算变异系数时，应去除1个最低值和两个最高值，用剩余的6个值计算变异系数)。

根据试验路段实测数据，得到试验路段回弹模量代表值为188.7MPa。

(2)粒径状况的检查:检查坑通常为1.2m(长)×1.2m(宽)×0.24m(水泥混凝土板厚)，检查坑通常选在试振区的中央部位，数量1～3个。

3.1.2.2 根据破碎效果确定了破碎机的基本破碎参数为:振动频率44Hz，振幅10～20mm，激振力8～10kN，施工速度3.0km/h，碎石化效率650m2/h。

3.2 共振碎石化施工工艺

(1)试验路段的铺筑主要为大面积施工提供施工参数，施工参数一旦经过试振区确定下来，就应用在整个碎石化工程路段内，除非路段状况发生了较大的改变。

进行大面积施工过程中，要注意单幅路面长度破碎超过1km时，在破碎粒径发生突变处挖试坑抽检，验证粒径是否满足要求，如果不满足要作小幅调整，在此过程中无需继续检测回弹模量指标，而以试坑粒径状况与试验段有无显著差别作为判断是否合格的依据。

对于下卧层强度差异较大的不同路段要作不同的设备参数控制，可在其中一段控制参数的基础上，做小幅调整以满足其他段的破碎要求。

(2)在共振施工过程中应注意特殊路段的处理。

①软弱路段。对共振碎石化过程中及碾压过程中经判定的软弱路段，施工单位应严格按照划定的区域对软弱的部分按设计图纸处理，不得漏换或超区域换填。

②过量碎石化路段。过量破碎可能使碎石化层出现严重“粉尘化”、使地基土出现“弹簧土”现象，此时应该将该局部区域相关的“弹簧土”连同碎石化层材料一起挖除进行换填。

③脱空路段。若脱空区域较小，则碎石化机械应降低振动能量。

若碎石化后脱空对应区域的碎石化粒径过大，存在明显大于其它路段的碎块，则应挖除脱空处对应的碎石化层，用粗粒料或沥青混合料回填并压实。

3.3 共振碎石化施工后的整备工艺

3.3.1 碎石化层的清理

(1)人工清除碎石化层上旧水泥混凝土面层接、裂缝之间的条状填料;碎石化表层若有尺寸大于5cm的碎块应予以清除，并采用连续型级配碎石回填;竖向大于5cm的凹地，也应采用连续型级配碎石回填。

(2)如果碎石化层有钢筋外露，外露部分需剪除至碎石化层顶面齐平，碎石化层中的钢筋可保留在原处。

3.3.2 碎石化层的保护

(1)交通车辆的控制。应控制碎石化层上的交通，禁止通行与施工无关的车辆，禁止车辆随意在碎石化层上刹车与启动;同时也要减少施工车辆不必要的来回通行。

(2)雨水的防治。碎石化应充分做好雨水的防治工作。若碎石化后不能马上进行碾压摊铺，遇上雨水天气，则要注意施工前设置的路面边缘排水系统能有效地工作，待疏干碎石化层、旧路基层中的水分后方可进行后续的沥青面层摊铺。

3.3.3 碎石化层的碾压

压实的主要作用是将破碎的路面表面的扁平颗粒进一步破碎，同时稳固下层块料，为新铺沥青面层提供一个平整的表面。

建议压实顺序:

(1)首先采用Z型压路机(不小于8t)将破碎后路面振动压实或静压1～3遍;

(2)再用钢轮压路机振动压实或静压1～3遍。

在路面综合强度过高或过低的路段应避免过度压实，以防造成表面粒径过小或将碎石化层压入基层。

直线和不设超高的平曲线段，由两侧路肩开始向路中心碾压;设超高的平曲线段，由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。

(3)碎石化层须洒水达最佳含水量约4%～5%才能碾压，一般采用平压1次—振压2～3次—平压1～2次为宜。

(4)振动压路机碾压相邻碾压带应重叠宽度100～200mm，折回时应停止振动;轮胎压路机碾压时相邻碾压带应重叠1/3～1/2的碾压轮宽度。

(5)对路面边缘、加宽等大型压路机难于碾压的部位，宜采用自重1～2t的小型振动压路机或振动夯板作补充碾压。

3.3.4 破碎路段边缘处理

对于桥梁、明盖板涵、桥涵搭板等非碎石化路段和碎石化路面接缝应考虑相应的过渡措施，如在接缝上设置玻纤土工格栅等。玻纤土工格栅设置方法为:应对称过渡缝位置满铺一层玻纤土工格栅，前后各伸出1.5m长。玻纤土工格栅铺设要求:格栅材料要求其强度不小于80kN/m，断裂延长率不小于3%，网眼尺寸宜为其上沥青面层材料最大粒径的0.5～1.0倍，这样有助于达到最佳剪切胶粘性，促进集料嵌锁与限制;铺设格栅搭接长度不小于20cm。

3.4 施工质量管理及验收标准

旧水泥混凝土路面破碎后主要以破碎层粒径和碎石化层顶面的当量回弹模量作为控制。

(1)粒径。碎石化层破碎后粒径宜符合以下要求:0～1/2板厚部分小于7.5cm，1/2板厚以下部分7.5～23cm;含有钢筋的旧水泥混凝土碎石化层，钢筋以上部分碎块粒径7.5cm以内，钢筋以下部分碎块粒径在23cm以内;碎石化层小于0.075mm含量不大于7%;碎块颗粒级配基本在级配碎(砾)石范围内。

(2)碎石化层顶面的当量回弹模量是新加铺结构设计的基本参数之一。对于当量回弹模量的测定建议采用承载板。根据工程实践测试结果，一般情况下，碎石化层顶面的当量回弹模量代表值宜控制在150～300MPa之间(绵阳地区共振碎石化层顶面的当量回弹模量代表值一般在200MPa左右)。

(3)碎石化施工质量检验指标与测试频度，参见表3。

表3 碎石化施工质量检验指标与测试频度

4 施工难点及处理措施

(1)共振碎石化后的调平问题。

①共振碎石化层顶面标高相对原混凝土路面顶标高升高了1cm左右，这种情况设计单位在设计时应作考虑。

②由于原水泥混凝土路面的不平整以及经共振碎石化后为了满足纵、横坡要求，需要对碎石化后的顶面进行调平，调平材料一般采用沥青碎石或沥青混凝土。

(2)对于透层油、黏层油的洒布，应采用智能洒布车施做，以保证洒布质量，严禁少洒、漏洒、花洒的现象出现。黏层油使用改性乳化沥青，其规格、质量和用量应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)的要求，以保证沥青层之间的层间结合及连续，形成共同承受荷载的效果。

(3)重视防排水施工质量，保证路面水尽快的排除，减少路面渗水软化路基，降低强度。

(4)重视沥青层每层的施工控制(压实厚度、压实行为、温度控制、层间接缝等)，保证沥青层压实度、平整度、动稳定度值等各种指标满足规范和设计要求。

5 效果评价

共振碎石化技术铺筑沥青混凝土路面能够快速、有效地修建路面工程，施工周期短、环境污染少、节省投资、节约资源。“绵梓路”实施共振碎石化技术铺筑的沥青混凝土路面表面平整密实;建成通车一年后，路面未出现网裂、裂缝和坑洞病害现象;且共振碎石化技术有效地控制和延缓了反射裂缝的发生，路面技术状况良好。

6 结束语

(1)旧水泥混凝土路面采用共振碎石化技术，通过破碎将旧水泥混凝土路面结构强度降低到一定程度，防止反射裂缝的发生，同时能够实现两者较好的平衡，且具有快速、有效地修建路面工程、改善路面状况，施工周期短、节约资源、环境污染少，有效解决旧水泥混凝土路面改造难题。

在旧水泥混凝土路面维修改造时，推荐优先选择共振碎石化技术。尽管共振碎石化后，加铺沥青层厚度一般不小于15cm;但采用较厚的沥青加铺层，能达到较长的使用寿命。

(2)设计单位在绵梓路上实地选取了两段长4km具有代表性的路段作为今后进行长期监测各项指标变化情况的工点，一般每3个月进行一次弯沉检测及交通组成调查，以全面掌握路面变形情况，为今后该项技术的推广、应用提供可靠的依据。

[1]王松根．旧水泥混凝土路面碎石化技术应用指南[M］．北京:人民交通出版社，2007

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