碎石化技術修復舊水泥混凝土路面效果分析

鄧有琛

摘要：文章依托S207線桂平至鐵山港公路舊水泥路面碎石化修復工程，分析碎石化技術的應用效果，根據舊水泥路面中修維修方案，通過試驗確定加鋪層底拉應力及路表彎沉比，并對比分析共振碎石化技術與多錘頭碎石化技術的處治效果，兩種施工方案均達到了預期效果，而碎石化技術維修效果略好。

關鍵詞：碎石化技術;舊水泥混凝土路面;中修;層底拉應力;路表彎沉值

0 引言

碎石化技術是舊水泥混凝土路面的一種處治技術，常用于進行路面大中修改造。該技術是使用專用設備將舊混凝土面板破碎成粒徑較小的顆粒，形成力學性能接近級配碎石的柔性結構層。通過將混凝土路面破碎成均勻的顆粒，壓實后形成一個穩定的結構層。雖然該技術損失了原路面結構的部分強度和整體性，但可以減少溫度、濕度、車輛荷載作用對路面結構的影響，減緩路面裂縫的產生和發展。

常用的碎石化設備有多錘頭類設備和共振式設備，其中共振式碎石化設備破碎效果好，粒徑小，但對原路面結構的強度損失也較大，必須在上部加鋪路面結構層。多錘頭碎石化技術防治反射裂縫效果好，但其強大的沖擊力會對下部結構層造成影響，應設置水穩基層進行補強。美國從20世紀70年代開始將碎石化技術應用到水泥混凝土路面病害養護中。一般碎石化處理后的水泥路面上會加鋪瀝青面層，形成復合式路面結構。這種碎石化處治技術可有效提高路面使用壽命，預期使用壽命可達到30年。我國于2002年開始在水泥路面維修中應用碎石化技術，早期很多碎石化設備都從美國進口，其中山東省較早，浙江、安徽等省隨后開始應用碎石化技術對水泥路面進行改造，并開展了大量“白+黑”試驗，很多高校也先后參與到碎石化技術應用的研究中，取得了很多研究成果。S207線桂平至鐵山港公路原路面結構為水泥混凝土路面，長時間使用造成路面結構出現了很多病害，擬采用碎石化技術進行維修，并在上部加鋪瀝青面層。通過對不同路段采取相應的施工方案進行維修改造，本文對比分析共振碎石化技術與多錘頭碎石化技術的處治效果，分析說明碎石化技術的可行性。

1 工程概況

S207線桂平至鐵山港公路是桂平以及桂東北地區通往沿海的主要通道之一。本次維修路段為K265+360～K269+928.5，全長4.568 5 km，路基寬度為12 m，路面寬度為9 m。原舊路面主要為水泥混凝土路面，其中K267+445～K267+842段為瀝青混凝土路面。在所調查的交通量中以超重車輛居多，受其影響上述路段路面出現了車轍、龜裂、裂縫、松散等病害，部分路段也出現了較為明顯的坑槽等嚴重病害，對道路的正常運營、行車安全和養護維修都造成了較大影響。為避免路面病害發展更為嚴重，以及影響沿線村鎮正常運營，進一步完善交通基礎配套設施，廣西壯族自治區合浦公路養護中心擬對該路段路面進行中修。

2 舊路面中修設計方案

（1）水泥混凝土龜裂路段：過村鎮路段采用3 cm厚AC-13細粒式瀝青混凝土上面層+熱瀝青粘層+4 cm厚AC-16中粒式瀝青混凝下面層+1.5 cm厚同步碎石熱瀝青封油層（兩油兩料、碎石加熱、除塵）+共振碎石化舊路面面層。一般路段采用3 cm厚AC-13細粒式瀝青混凝土上面層+熱瀝青粘層+4 cm厚AC-16中粒式瀝青混凝土下面層+1.5 cm厚同步碎石熱瀝青封油層（兩油兩料、碎石加熱、除塵）+多錘頭碎石化舊路面面層。

（2）瀝青路面沉陷路段：采用3 cm厚AC-13細粒式瀝青混凝土上面層+熱瀝青粘層+4 cm厚AC-16中粒式瀝青混凝土下面層+1.5 cm厚同步碎石熱瀝青封油層（二油二料、碎石加熱、除塵）+挖除舊路瀝青路面及基層（平均厚40 cm）回填級配碎石。

（3）過渡路段路面：采用3 cm厚AC-13細粒式瀝青混凝土面層+熱瀝青粘層+舊路面處理。

3 碎石化技術修復效果分析

3.1 瀝青加鋪層層底拉應力分析

由于在不同路段分別采用多錘頭碎石技術和共振碎石技術進行中修養護，瀝青加鋪層層底拉應力存在較大差異。為了分析養護施工效果，根據路面設計結構，查找規范確定彈性模量、泊松比等指標，計算指標見表1和表2。分別計算瀝青層層底壓應力，繪制多錘頭碎石技術和共振碎石技術瀝青加鋪層層底拉應力變化曲線如圖1所示。

分析圖1所示瀝青加鋪層層底拉應力變化曲線，可以得出采用共振破碎加鋪層所產生的層底拉應力明顯低于多錘頭碎石化加鋪層的結論。共振破碎技術加鋪層層底拉應力最大值為0.175 MPa，發生在距荷載中心水平距離16 cm處，而多錘頭碎石化加鋪層層底拉應力最大值為0.23 MPa，發生在荷載中心處。相比之下，共振碎石化加鋪層層底拉應力最大值較多錘頭破碎化降低了23.9%。

3.2 路表彎沉值分析

選取有代表性的地點，采用貝克曼梁法對路表彎沉值進行檢測，收集數據繪制加鋪層路表彎沉值變化曲線如圖2所示。

分析圖2曲線變化情況，可以看出采用共振碎石化處治路段路表彎沉值較小，其最大值為0.89（0.01 mm），發生在距荷載中心水平距離16 cm處。多錘頭碎石化處治路段彎沉值最大值為1.13（0.01 mm），較共振碎石化處治路段彎沉值高出了21.2%。

3.3 處治效果對比分析

通過計算舊水泥混凝土路面碎石化處治后的加鋪層層底拉應力，采用多錘頭碎石技術相對共振碎石技術略高，為0.23 MPa。采用貝克曼梁法檢測路表彎沉值，多錘頭碎石技術處治后的路表彎沉值較大，為1.13（0.01 mm）。

分析結果表明，共振碎石化技術處治后的瀝青加鋪層層底拉應力和路表彎沉值均較小，這主要是因為采用共振碎石化技術破碎后的舊水泥混凝土面層板塊裂縫較整齊，傾斜向上，呈現“裂而不碎”的狀態，強度損失較小。而在豎向荷載的作用下，多錘頭碎石化技術處治后的水泥混凝土面層會產生很多不規則的裂縫，強度損失較大。因此，在綜合考慮修復后路面結構極限承受能力和總體剛度的情況下，采取共振碎石化技術處治后的路面結構穩定性更好。

4 結語

本文結合S207線桂平至鐵山港公路舊水泥路面碎石化修復工程，對比分析共振碎石化技術與多錘頭碎石化技術的處治效果，并通過計算和試驗檢測確定加鋪層底拉應力及路表彎沉比，得出以下結論：

（1）分析碎石化處治后的瀝青加鋪層層底拉應力變化曲線，采用共振破碎技術處治后的加鋪層層底拉應力較低，其最大值較多錘頭破碎化降低了23.9%。

（2）分析碎石化處治路段路表彎沉值變化曲線，采用多錘頭碎石化技術處治后路表彎沉值較大，較共振碎石化處治路段彎沉值高出了21.2%。

（3）對比分析兩種方法的處治效果，共振碎石化技術處治后的瀝青加鋪層層底拉應力和路表彎沉值均較小，這是由于采用共振碎石化技術破碎后混凝土裂縫整齊，強度損失較小，路面結構穩定性好，說明共振碎石化技術處治效果略好。

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