打裂壓穩技術在路面“白改黑”工程中的應用

邱尚長

(福建省中達建設發展有限公司，泉州 362000)

0 前言

隨著福建省域內交通網的不斷完善， 建設于上世紀的國省干道進入病害多發期。囿于財力限制，當時公路建設通常采用有接縫、開放交通較遲、修復困難的水泥混凝土路面，且設計等級較低。在重載交通、南方濕熱多雨、山區長大縱坡等因素綜合作用下，裂縫、坑洞、斷板等病害普遍出現，嚴重影響公路的安全運行和舒適性。

早期的水泥路面改造工程主要采取舊路面 “就地滾”加鋪水泥混凝土或加鋪瀝青混凝土的方式[1]，該方式造價較低，施工簡單，技術經濟指標基本符合設計要求，但翻修路面反射裂縫難以避免，使用年限少，綜合成本并不低廉。 為解決路面病害，使翻修改造后的路面接近新設計路面的使用壽命， 水泥混凝土破碎技術是路面改造的一種行之有效的方法。 根據對舊路面結構破碎程度的不同，分為沖擊壓實、打裂壓穩和碎石化三類處治方式[2]。

1 工程概況

該項目工程位于福建省泉州市安溪縣， 為G358 線(原S206 線)的路段路面改建工程，全長3.5km。 路基寬度22.8～25.3m 不等。舊路采用水泥砼路面，設計標準為公路二級(設計速度40km/h)。

現狀水泥砼路面結構為22cm 水泥面層+15cm5%水泥穩定碎石基層+20cm 手擺片石底基層； 部分路段于2010 年進行拓寬， 其路面結構為22cm 水泥砼面層+15cm5%水泥穩定碎石基層+18cm 填隙碎石底基層。

由于交通量和重車混入率的不斷增大， 路面已接近結構設計使用年限，砼路面病害嚴重。為提高道路服務水平，提升城市形象，擬采用破碎化技術加鋪瀝青混凝土層的方式對該路段進行路面升級改造。

2 破碎化方式選擇

舊水泥砼路面路況現狀的調查是選擇破碎化方式的主要決定因素。 對沿線舊路現狀的徒步測量和周圍環境的分析記錄，是合理選擇破碎化方式的基礎。

沖擊壓實法振動能量較高，對于舊結構層沖擊很大，對沿線舊路基漿砌塊石擋墻和原有村莊舊房屋震動較大，適用于斷板率比較高，遠離村莊、路面結構狀況較差的舊路面；打裂壓穩法能夠有效控制沖擊能量的輸出，對路基路面的影響可控，適用于板結構完好，存在裂縫、脫空等功能性破壞的普通水泥混凝土路面； 碎石化技術采用多錘頭破碎機將路面結構完全碎石化， 適用于路面結構本身較為破碎的情況[3]。

在對舊水泥砼路面板重點調查破碎板塊、開裂板塊、板邊角的破損狀況，并逐個記錄破損板塊的位置和數量，調查縱、橫向接縫拉開寬度、錯臺位置與高度，結合彎沉檢測數據調查板底脫空位置，按現行的《公路水泥混凝土路面設計技術規范》的有關規定進行路面損壞、平整度和抗滑性能的綜合評價和分級， 全線的路面使用性能指數(PQI)為81.5。

經調查統計，路面板出現裂縫、斷角、破碎及板邊破裂病害的共有185 塊，斷板率為4.26%，為良級；本項目0.25mm＜彎沉值≤0.45mm 的共431 處， 占比約50.59%，彎沉值＞0.45mm 為25 處，占比約2.93%，板底脫空比率為53.52%；接縫傳荷系數為58.04%，評定為次級[4]。

經過上述調查可以發現，路面改造段結構層良好，斷板率處于較低的水平，主要存在板底脫空、接縫傳荷較差等病害。

3 舊水泥砼路面病害處理

路面狀況調查是路面病害處理的依據， 路面彎沉值和彎沉差值(以及水泥板之間的傳荷系數值)可作為舊水泥路面瀝青加鋪改造時路基持荷能力的參考依據。 路面工程病害表現在路面面層， 卻與基層的強度狀況密不可分。 在舊路改造中， 除了對舊水泥砼路面結構進行處理外，更重要的在于對基層結構進行補強，杜絕二次病害的產生。

(1)表面輕微病害的處理

對于彎沉值小于0.2mm， 僅水泥板出現輕微裂縫的情況，在裂縫大于3mm 時，采用手持式小鋸片擴縫機擴縫，配合吹風除塵機，再將擴縫后殘留在縫內松動的混凝土渣完全除掉；對較寬較深的裂縫，可在灌膠前在清理好的裂縫內填充泡沫條或石英砂， 擴縫寬度一般為4～8mm，擴縫深度為3～6mm。 灌膠后可直接開放交通，對較寬較深裂縫， 灌膠后可在表面撒布隔離砂予以保護后方可開放交通。

(2)斷板的處理

對于破碎、斷裂、沉陷的舊水泥砼路面板，應采用整塊板更換處理。 經調查， 在斷板路段往往彎沉值＞0.45mm，即大部分斷板的產生是由于基層的承載能力不足造成的。因此，在路面板鑿除后，應對舊基層進行挖除，本次改造采用翻新方式， 考慮壓路機難于進入基槽碾壓密實因素，將原基層采用C15 水泥砼重新澆筑，在舊水泥路面的四周鉆孔，按間距70cm 植入直徑為14mm 的鋼筋拉桿，用環氧樹脂填補鋼筋和空洞的空隙，再在基層上澆筑新的水泥砼面板。

(3)板塊脫空和唧泥的處理

在彎沉值超過0.2mm 時，可判定板塊脫空，和車輛通過時，基層細料和水從裂縫處擠出形成唧泥現象，采用水泥注漿法處理。注漿工藝流程為：機具定位→鉆孔→制備水泥凈漿→真空機注漿→壓漿孔封堵→交通控制養生→彎沉檢測。鉆孔布置為在每塊板中間設置注漿孔，在四周設置直徑為5cm 的溢漿孔，用路面取芯機鉆入舊路面面層；壓漿時應緩慢均勻，直到溢漿孔溢出連續飽滿的水泥漿時，保持壓力數分鐘，讓漿液在底板脫空處充分擴散和滲透；插上木塞封堵，待初凝后換用砂漿封堵。

4 舊水泥砼板的打裂壓穩施工工藝

對于彎沉值介于0.2mm 和0.45mm 的路段， 在進行板塊脫空和唧泥處理后， 就要進行舊水泥砼板的打裂壓穩施工。 施工流程如圖1 所示。

打裂壓穩是采用專用-PSB160 門式水泥路面破碎機打擊原有路面板，其特點是破碎顆粒大，生產效率高，主要適用于二級及以下水泥路面的翻修改造。 其作用是使舊路面板出現不規則開裂，并伴有不同程度的下沉，以減小縱向、垂直方向的位移；并通過輪胎式壓路機對打裂板塊進行壓穩使舊砼板與基層有效緊密聯結， 能夠較好地為改建路面提供足夠強度和穩定的支撐， 有效防止加鋪層反射裂縫的出現。 PSB160 主要技術參數見表1。

圖1 工藝流程圖

表1 PSB160 主要技術參數表

(1)試驗路段施工

舊水泥混凝土路面打裂壓穩工作全面開始前， 應選取不小于100m 的地質條件和斷面形式等工程特點具有代表性的試驗段進行施工，獲得如下技術參數：錘頭提升高度與壓裂面積的關系、 壓穩不同遍數時水泥路面的破碎狀況、壓穩遍數與沉降量關系、壓穩遍數與彎沉值之間關系，以確定錘頭提升高度、壓穩遍數等最佳的機械組合與施工工藝，制定合理可行的檢測手段、控制指標與質量管理措施。

(2)施工前技術準備

由于打裂壓穩施工具有一定的破壞性， 因此施工前應詳細調查打裂范圍內的各種涵洞蓋板構造物、 地下管線、建筑物、導線水準點等，設置路段警示標志，采用不同顏色的油漆標注清楚，以區別破碎，保證安全。 對于涵洞蓋板填土厚度較小等不適宜重錘壓穩的地方， 可先預留暫時不打裂，采取沖擊力較小的小型機械鑿除方式，保證涵洞蓋板不受破壞； 對于其他構造物采取降低破碎錘錘頭高度或增加壓穩遍數或者增設預埋路面鋼筋網等措施進行保護。

施工前對于施工范圍內的構筑物應設置明顯的標記物予以標記，并同時進行沉降、破壞觀測等過程記錄。 施工前還應將老路原有的填縫料、瀝青罩面等清除干凈。

(3)打裂施工

破裂設備為PSB160 型破碎機裝配有寬度為2.5m 的板式沖擊錘，錘頭重5t，具備足夠的能量使混凝土路面產生全深度的開裂。 打裂穩壓施工的生產能力為每臺設備每天的工作約為5000～6000m2， 水泥路面打裂后應使75%以上的路面不規則開裂， 相鄰裂縫形成的塊狀面積為0.4～0.6m2，最大邊長不得大于1m，混凝土板應產生全厚度的貫通裂縫。沖擊強度由落錘高度確定。根據試驗段結果，舊水泥混凝土路面每隔40～60cm 打裂為宜。 打裂時應避免錘頭高度過大，且不應產生大量的砼碎片，以免過度破壞舊路面， 一旦發生上述問題應停止施工及時調整錘頭高度及打裂頻率。 操作人員可以根據路面的具體情況進行設備的細微調整，以滿足破裂要求。

(4)破裂尺寸的控制

由于裂縫極為細小，難于觀察，根據物理現象，破裂前需在前方路面一定范圍內均勻灑水， 為了鑒別開裂的程度是否滿足要求， 灑水量以可看見表面泛水的程度為準。打裂時，應可以看到開裂痕跡并伴有水滲入裂縫氣泡冒出， 在路面水分消失后， 應可見清晰的裂縫浸水后痕跡，并通過照相、目測和尺量后人工描繪破碎示意圖來檢驗打裂尺寸。

(5)壓穩施工

打裂程序經監理工程師檢驗合格后， 采用LY25t 的輪胎式膠輪壓路機進行施工。 低于25t 時，應增加壓實遍數，以達到規定要求。 膠輪壓路機對路面進行壓穩，根據試驗段結果壓穩遍數一般為3～5 遍。 破碎后壓穩前應先對施工路段每隔25m 取一點進行水準測量，然后在整個壓穩過程中，每壓穩1 遍觀測一次每點的沉降量變化，當每次壓穩后最大沉降變化量小于5mm 時，則認為壓穩施工達到要求[5]。 任何情況下壓穩次數不得小于2 遍，壓實速度不應超過4.8km/h。 現場施工后的情況見圖2。

圖2 打裂壓穩后路面現場情況

(6)彎沉檢測

在混凝土路面打裂后，應打掃表面所有的松散、破碎的混凝土、塵土和外來物。打裂壓穩后還應對舊水泥混凝土路面頂面的彎沉進行檢測：采用承載板以逐級加載、卸載的方法， 測量打裂壓穩后舊水泥混凝土路面在各級荷載下的彎沉值，并計算相應的回彈模量。對于彎沉代表值大于0.6mm、極值大于0.9mm 的板塊，以及在壓穩過程中發現彈簧的軟弱或損壞基層， 應清除不穩定路面板和軟弱基層，并用適宜材料全深度回填。

(7)清縫和封堵裂縫

打裂壓穩完成后， 應先清除混凝土路面接縫中的松散料和填充物，用手持式注射槍進行瀝青灌縫，及時鋪筑一層特殊瀝青材料的下封層， 用于吸收和抵抗舊路產生的縱橫縫向上延伸[6]，并及時進行水泥穩定碎石層的攤鋪，防止雨水滲入損壞下承層。 路面壓穩后，應在不利季節實測各路段頂面回彈模量代表值， 滿足規范E0≥30MPa 的要求。

(8)水泥穩定碎石基層、透層油、瀝青混凝土面層攤鋪施工

按照設計要求，5%水泥穩定碎石底基層的頂面應噴灑高滲透乳化瀝青透層油，按0.2～0.5L/m 用量灑布。水泥穩定碎石底基層頂面設置改性乳化瀝青稀漿封層。 應加強工地現場與瀝青拌合廠聯系，縮短施工長度，各項工序銜接應緊密。運料汽車和工地應備有防雨設施，并應做好基層及路肩的排水，進行瀝青混合料的攤鋪作業。

圖3 瀝青混合料攤鋪現場

5 總結

(1)打裂壓穩技術是舊路面改造中行之有效的處治手段，它與沖擊壓實、碎石化工藝構成了水泥砼破碎法“白改黑”技術的三種方式。

(2)在方式選擇時，應加強舊路面的實地調查，根據路面破碎情況選擇適宜的施工工藝。根據筆者經驗，打裂壓穩法適用于路面彎沉值介于0.2mm～0.45mm 的情況。

(3)路面病害處理是一項系統工程，不應局限于一種處治方式。對于不同的路面狀況，應當根據現場情況靈活變通，選擇更適宜的處治方式。