共振碎石化技術在市政道路路面大修中的應用分析

文/李玉鋒

1 前言

隨著地方經濟的發展，交通量尤其是重載交通量激增，導致部分水泥混凝土路面遭受超負荷承載，出現裂縫、板角斷裂等病害，影響了車輛通行的舒適度、安全性，給往來旅客以及沿線的百姓帶來了安全隱患。因此，對病害較為嚴重的水泥混凝土路面進行大修勢在必行。為降低成本，提高路面大型維修或中度修復的綜合效益，引進共振碎石化新技術，為市政道路“白改黑”工程實踐提供借鑒。

2 工程概況

2.1 項目概況

本道路位于二環線與水果批發市場中間，全長2.2km，由于重載車輛較多，原有設計路面承載能力不足，導致裂縫等病害嚴重，日常僅作灌縫修補，已不能滿足行車安全。通過調查記錄現場病害情況，根據《公路技術狀況評定標準》(JTG 5210—2018)，并結合相關參數計算公式得出本項目路段路面評定指標[1]，見表1。

表1 路面破損狀況表

經查閱管養單位養護資料及現場初步檢測結果顯示，本項目路段PCI 評定為“次”，根據《公路水泥混凝土路面養護技術規范》(JTJ 073.1—2001)條文5.3.2，二級路路面破損狀況等級為“次”或“次以下”時，應采取全段修復或改善措施，因此本路段根據評定結果為需要進行大修。路面現狀如圖1 所示。

圖1 路面現狀（到處裂縫修補）

2.2 路面結構層設計

本路段按二級公路技術等級設計，由于本項目建設性質為修復養護，即針對恢復路面功能且不低于原路面結構承載能力為目的的主動防護工程（見表2），因此參照《公路瀝青路面養護設計規范》(JTG 5421—2018）表3.3.2 結構性修復設計年限宜為8～12年[2]，同時結合本項目資金補助情況，路面設計使用年限可確定為10年。

根據《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）表3.0.0 查得瀝青路面設計軸載參數見表2。

表2 設計軸載參數表

依據以上設計參數對路面結構進行設計計算得出，將原混凝土面板做碎石化處理后做路面底基層，基層采用8cm 的密集配瀝青穩定碎石，可以避免水穩層+瀝青面層造成的路面標高過分抬高，有效地提高整體強度，恢復路面使用功能。同時節約資源，基本不產生廢棄料，保護環境，降低工程成本。改造路面設計結構見表3。

表3 改造路面設計結構一覽表

3 技術原理與優勢

3.1 技術原理

共振碎石化技術通過共振原理，使舊水泥板與破碎機械產生共振，將舊水泥混凝土板碎裂成上層相互嵌擠、下層相互嵌鎖的水泥混凝土碎石粒料層，破碎后的碎石形狀相鄰互補、粒徑較小，形成相互嵌擠的穩定結構，解決了原水泥板在接縫處的水平及豎向位移，消除了原有板塊接縫向上反射的動力，該層的強度和剛度高于級配碎石，同時對舊路地基的影響也較小，是目前最能有效解決加鋪路面反射裂縫問題的技術[3]。共振碎石化不僅是一種破碎路面的修補方法，更是一種水泥混凝土的路面修復工藝。

3.2 技術優勢

梳理共振碎石化技術應用案例表明，作為一項“白改黑”技術已趨于成熟，具有優勢如下：能徹底根除反射裂紋；確保路基強度及周邊結構設施完好；破碎后的碎塊嚙合、嵌鎖增強了路面承載力；破碎后直接加罩瀝青無須其他輔助材料；單車道施工、無須封閉交通，且效率很高、影響交通時間短；施工時間短、噪音低；施工后不產生白色垃圾，對環境無污染；可延長路面使用壽命。

4 施工流程

4.1 材料驗收

道路鋪設用瀝青材料進場前需分批驗收，檢查其質量證明書，并按照試驗規程要求進行取樣檢驗，確認合格后再進場使用。對碎石、中砂等材料首先取樣檢測，合格后再組織進場，嚴禁不合格材料進場，各種材料必須經監理工程師同意后再使用。

4.2 人員配置

施工人員1 人，現場施工員1 人、試驗1 人，專業技術工人4 人，普工8 人。

4.3 施工前開挖

作業前先開挖排水溝、預埋排水管。有硬路肩的（預埋排水管）將排水口設置在路基邊緣外，土路肩直接開挖排水溝，開挖厚度設在碎石化結構層下一層。

4.4 準備作業階段

進行碎石化作業前，調查有沒有淺埋的管網及箱涵。如果管網和箱涵埋深離水泥板頂部小于0.3m，或有堅硬的物體在水泥板與管網或箱涵之間相連，則在共振碎石化作業時必須避開。由于路面結構的差異，混凝土板塊厚度、強度的不同，在正式開工破碎前，應當進行試破碎，以獲得最佳的工藝參數。對碎化層灑水，以濕透為宜。振動壓路機對碎化層進行碾壓，達到規定的密實度為止。碾壓順序由外側車道邊緣開始向內側進行碾壓，若相鄰車道沿縱縫進行了切割，亦可由中間向兩邊碾壓。碾壓標準次數為3～5 遍，折回時應先停止振動，直至路面達到板面狀態。檢測共振破碎后碎石粒徑、表面彎沉值（設計）是否合格。

4.5 施工注意事項

在施工過程中應隨時監控施工路段的路基穩定性情況，主要有以下六點：病害路基在破碎過程中很容易被發現，明顯的現象是塊徑大，表面隆起、鼓包或下陷（脫空層）。一旦發現這種情況，應即時進行處理。處理方式一般是開挖換填水穩碎石。對破板率較高的路段或在破碎作業時有翻漿現象的路段，只要不出現表面隆起、鼓包或下陷（脫空層）情況，可繼續施工，無須換填。碎化層深度要求一般是1/4～1/3 板厚，彎沉值一般在30～70，模量一般在300～1300。共振作業開始時，高頻振動頭距離路邊的最佳距離是25～30cm，該距離以能將裂縫（不是裂紋）延伸到排水渠（溝）為宜。禁止采用液壓錘（俗稱“啄木鳥”）作為輔助破碎手段來將裂縫延伸到排水渠（溝）的方式。如果車流量大造成交通擁堵，可在已破碎區域進行灑水碾壓后臨時開放交通，但應限速在20km/h 內。雨天及時鋪設防雨鋪蓋，防止雨水下滲浸泡，軟化損毀路面結構。

5 質量要求

5.1 質量檢驗與評定

5.1.1 粒徑檢驗（見表4）

表4 共振碎石化施工質量檢驗標準

5.1.2 結構狀態檢驗，共振碎石化后該層呈現松散，下層嵌鎖的狀態。狀態的檢驗采取鉆芯方法獲取。通過鉆芯試樣，判斷混凝土板下部分結構裂縫嵌鎖狀態，結構狀態應裂而不散。

5.1.3 結構強度，共振碎石化后，回彈模量較為均勻，擬合曲線后，線性變化平穩，離散性小，且碾壓前后的回彈模量有較好的相關性碾壓后，回彈模量值介于400～700MPa，強度介于半剛性基層和級配碎石柔性基層之間。在防止反射裂縫的同時，保證了足夠的承載力，滿足路面基層的使用要求。

5.2 制定創優規劃

項目的質量目標是分項工程（工序）檢查合格率達到100%，優良率在90%以上，保證分部工程優良率達到90%，確保單位工程優良率達到90%以上。配合整個建設項目優良率達到90%以上。

6 結語

該項目于2019年12月竣工，通車迄今運營狀況良好，表明共振碎石化在大交通量公路上亦取得應用成效，具有推廣價值。其體現在以下幾個方面：節約資源，不產生多余的廢棄料。保護環境，降低造價且路面表面平整、無接縫、行車舒適性強，耐磨、振動小、噪聲低，施工期短。共振破碎的振幅較小，因此錘頭與路面共振破碎產生的噪音較低。由于其工作點窄，可單車道施工，不用完全封閉交通，對交通干擾小。共振破碎后的水泥板路面減少反射裂縫，在一定程度上延長了瀝青路面的使用壽命，提高了路面在壽命周期內的服務水平。