旧水泥混凝土路面微裂破碎改造施工技术研究

徐胜堂 王子然

（1.信阳市公路事业发展中心，河南 信阳 464000；2.郑州大学水利科学与工程学院，河南 郑州 450001）

0 引言

“白改黑”施工工艺能够很好地利用原有路面的结构强度，不产生过多的建筑垃圾［1］。“白加黑”路面改造的技术难题是如何减轻旧水泥混凝土路面存在的各种病害，如加铺后沥青混凝土路面结构层反射裂缝和温缩裂缝的产生。水泥混凝土路面微裂破碎技术既能起到打裂压稳的作用，同时可以有效消除原有路面的局部病害，充分利用原有路面结构的剩余强度，达到柔性基层的使用要求，在处理后的水泥路面上直接加铺沥青面层，可以有效解决反射裂缝病害问题，具有良好的推广应用价值［2］。

1 工程概况

针对河南省某地级市国道路段进行试验路段现场数据采集分析。该路为二级公路，改造路段全长13 km，桩号为K920+800～K933+800。旧路为水泥混凝土刚性路面，路基全宽15 m，路面板宽度12 m 的双向两车道。该路段交通量等级为重度交通，原路面平均弯沉值Ld=10（0.01 mm），原路面的当量回弹模量为1 025.1 MPa。现有的水泥混凝土路段重车超载较为严重，路面主要的病害形式为断板、破碎、板底脱空、错台、沉陷、唧泥等。传统的“白加黑”路面改造过程中，通常将水泥混凝土面板打碎成均匀的碎石，碾压成型，作为路基底基层使用。本次试验路段采用新型技术方案，即微裂破碎技术对原有混凝土路面进行改造加铺，将原有老路破碎击实成均匀的板块，采用注浆技术稳定各路面结构层。

1.1 工程路面病害产生的原因分析

混凝土面板的横向裂缝和纵向裂缝、破碎、脱空板、沥青面层与混凝土基层黏结强度不足是旧混凝土路面和改造后的沥青路面最为严重的几种病害。其中裂缝是由于行车荷载、路面材料以及雨水环境等综合因素引起的，裂缝随着时间的增加逐渐加重［3］。沥青面层与混凝土基层黏结强度不足是由于高温条件下黏结层材料的稳定性较差或者材料本身强度不足，或防水层与沥青混凝土面层黏结力较弱或者防水层与混凝土基层黏结力较弱［4-5］。

1.2 传统路面病害处治措施

反射裂缝的预防措施有：调整加铺层厚度、改变加铺层组合设计、不同结构层材料之间设置黏结性较好的薄层、设置裂缝缓减层等；脱空常用的处理方法有板底压浆法和直接换板法；水泥混凝土路面板接缝的处治常采用聚硫橡胶和聚氨脂之类的高弹性填缝材料或采用防水卷材对板缝进行处治［6-7］。

2 水泥路面微裂破碎施工技术方案设计

2.1 施工准备

首先，对原有老路的路况进行调查，并且评定相应路段的破坏等级。其次采用弯沉检测设备对老路进行弯沉检测，获取对应路段的弯沉数据及回弹模量。最后，通过探坑的选取与挖掘，对原有老路的路面结构层进行探查，采用PFWD 弯沉设备对各路面结构层的弯沉及回弹模量进行数据采集［8］。

2.2 施工技术

微裂破碎技术指的是直接破碎再生旧水泥混凝土路面板，使得板块开裂宽度为0.1～0.3 mm，以受力点为中心呈发散式破碎［9］。根据本工程实际路况，设计如下具体实施工艺步骤。首先沿水泥混凝土路面板的两边夯击，重锤下落高度和单点位夯击次数以凹槽深度和面板开裂块度为准，并且每块板四个板角均需要碎石化夯击，开裂宽度不得超过1 mm；后沿板块中央进行碎石化处理。其次，行车道外侧水泥混凝土路面板，硬路肩未挖除路段直接采用满夯方式对整块外侧水泥面板进行碎石化夯击；硬路肩已挖除路段，外侧水泥面板横向距挖除的硬路肩0.5 m范围内不得击打；内侧水泥面板直接采用满夯方式击打，夯击标准同上。最后，碎石化结束后开放交通，通车碾压一周后，清扫碎石尘屑。路面碎石化检测合格后，加铺水泥稳定碎石层与沥青面层。

2.3 工程预案

在施工过程中，为了消除路基施工后产生沉降，提高路基承载力，加强路基荷载作用区范围内的排水性能，达到表面裂而不碎、板块稳而不平的效果［4］，采取的处理措施有以下3 个方面。一是微裂破碎时，控制好重锤的高度，每个点位落锤精准；微裂破碎后，若路面结构的强度和稳定性不能满足要求，应采取换板措施。二是碎石化后，消除表面不稳定的板块，并进行弯沉检测，对弯沉指标过低的路段，进行注浆补强。三是对不稳定的基层进行地质雷达检测，增补碎石化，加强挤密作用。四是处治合格后采用细粒式沥青混凝土对错台、沉陷区域进行填补、找平压实后，清扫表面碎石。

3 案例分析

3.1 改造加铺

如图1 所示，原有老路路面结构为：26 cm 厚水泥混凝土面层+土基；本改建方案为：4 cm 厚细粒式沥青混凝土（AC-13）上面层+4 cm 厚中粒式沥青混凝土（AC-16）+26 cm 厚水泥混凝土微裂破碎再生。此方案优点：改造简便、强度较高、节约造价、老路利用率高、节省能源、减少了固体垃圾排放。本研究针对该路段中旧水泥混凝土路面的再生利用问题，采用微裂破碎再生技术解决工程项目中的技术难题。为更好地应用该技术，选取路面破坏较严重路段：桩号为K920+800～K921+100，根据上文所述具体步骤对水泥混凝土路面微裂破碎。混凝土路面微裂破碎后加铺4 cm 细粒式沥青混凝土（AC-13）上面层和4 cm 中粒式沥青混凝土（AC-16）下面层。该路段交通等级为重度交通，年平均日交通量7 818辆/天。

图1 旧水泥混凝土路面结构层（旧路）（单位：cm）

3.2 结果对比

本次施工前后两次弯沉检测均由丹麦Carl Bro公司生产的落锤弯沉仪（FWD）完成，图4 所示弯沉检测数据为桩号K920+800～K900+820 左幅超车道，选取200 m 弯沉检测数据进行对比分析，弯沉检测以每2 m 一个点位，共100 个点位［10-12］。通过图2 与图3 的对比及图4 所示两次弯沉检测数据对比可以得到以下结果。

图2 微裂破碎（改造中）

图3 改造加铺（通车后）

图4 水泥混凝土路面板改造前后弯沉数据对比

①微裂式破碎在旧水泥混凝土路面板再生利用方面具有极高的利用率。

②经过微裂式破碎的水泥混凝土路面板通过注浆技术加固稳定后，能够很好地保证水泥混凝土路面的强度、刚度、稳定性。

③旧路改造前弯沉检测数据较为离散，相邻两点之间弯沉数据差别较大；改造后弯沉检测数据较为连续，相邻两点之间弯沉检测数据相差较小。

④通过对比，明显发现旧路改造前弯沉检测数据整体比改造后的弯沉检测数据高出10～20（0.01 mm）。

本次施工采用LTD 探地雷达对该路段进行雷达数据检测，该路段注浆前后地质雷达图见图5、图6可知。

图5 地质雷达探测图（补强前）

图6 地质雷达探测图（补强后）

①对图5 与图6 地质雷达图进行比较，采用注浆填补面层、基层和底基层等层间缝隙，使各层间缝隙得到良好的填充。

②通过研究发现，填充注浆材料使得原本松散的基层更加密实。

③注浆材料的黏结性使得路面结构层更加稳定，板块与板块之间贴合得更加紧密。

4 结论

本试验路段主要针对微裂式破碎施工技术、注浆技术进行研究，并对弯沉检测数据与地质雷达检测图像进行了详细的数据分析，得出以下结论。

①在微裂式破碎技术与注浆技术的综合作用下，能够有效地处理基层松散、基层破碎、基层脱空等常见病害，对于各路面结构层间黏结性也有很大的提高。

②采用微裂式破碎技术与注浆技术，对降低反射裂缝应力作用十分明显。

③由于微裂破碎导致基层裂缝较为普遍，注浆材料起到填充缝隙和增强板块之间的黏结性的作用。

④通过弯沉检测，可以有效地了解试验路段的承载力强弱的具体情况。

⑤对施工前后弯沉数据进行比较表明，微裂破碎后水泥混凝土结构层作为基层时，路基承载能力良好。

⑥采用微裂式破碎施工技术能够极大地提高老路利用率，在旧路再生利用与新施工工艺研究方面具有重要的意义，既提高了路面的使用性能又减少了固体垃圾的排放，而且施工方案经济可靠。