水泥路面碎石化技術在公路改造中的應用研究

陽干平

(廣西壯族自治區忻城公路養護中心，廣西 來賓 546200)

0 引言

近年來，碎石化技術因具有施工速度快、交通干擾小及成本低等優點，已在我國水泥混凝土路面改造和修復工程中得到廣泛應用[1]。碎石化技術通過利用原路面破碎所得水泥板碎塊作為新路面的基層或墊層，有效節約了碎石材料，同時無須再對原路面進行開挖處理，大幅提升了施工效率[2]。因此，深入研究碎石化技術在公路工程中的應用效果對其進一步推廣具有重要意義[3-4]。

目前，國內外學者關于碎石化技術在公路工程中的應用展開了大量研究，如喬俊飛等[5]發現碎石化技術在舊水泥混凝土路面改造中的運用優勢較多，可以減少反射裂紋的出現，提高了舊水泥混凝土路面改造的質量，具有推廣意義和應用價值。黃偉[6]從施工準備、關鍵施工技術、質量控制等方面系統地介紹共振碎石化技術的應用過程，并通過回彈模量、彎沉值等數據對施工質量做出判斷，驗證了該項技術的可行性。鄧有琛[7]對比分析共振碎石化技術與多錘頭碎石化技術對S207線桂平至鐵山港公路舊水泥路面處治效果，發現兩種施工方案均達到了預期效果，但共振碎石化技術維修效果略好。陳昌偉等[8]發現碎石施工工藝的應用能夠增加彎沉量，并且還能有效控制混凝土彈性模量比，與設計要求的強度以及質量標準一致，該技術值得在公路水泥工程中應用。上述研究主要集中在碎石化技術應用于普通公路及中等級公路路面改造工程，而關于碎石化技術在高速公路中的應用研究還相對較少。基于此，為了驗證碎石化技術在高速公路路面改造工程的優良應用效果，對某高速公路改造項目路面各項使用性能進行檢測及跟蹤評價，并對比分析了改造前、后路面各項使用性能的變化規律。

1 工程概況

某高速公路項目于2014年年底建成，該線路全長27.4 km，車道設計為雙向四車道，設計車速為100 km/h，公路等級為Ⅰ級，路基寬度25 m，為4×3.75 m行車道+2×3.5 m應急車道+2 m中央隔離帶+2×0.5 m硬路肩，路面為25 cm厚水泥混凝土結構。近年來，在重載車輛的長期作用下，原路面K42+100～K44+600段、K57+200～K59+600段以及K65+300～K66+400段出現大量車轍、裂縫、龜裂及坑槽等病害，按照《公路技術狀況評定標準》(JTG H20-2018)規范要求，針對病害路段的路面損壞狀況指數(PCI)、路基技術狀況指數(SCI)、行駛質量指數(RQI)、抗滑性能指數(SRI)以及車轍深度指數(RDI)等評價指標進行檢測，結果如表1所示。

表1 病害路段路況評價結果表(分)

根據表1可知，3段病害路段的路基技術狀況指數均>80分，評價等級良好，而路面損壞狀況指數、行駛質量指數、抗滑性能指數和車轍深度指數均<80分，其中路面損壞狀況指數和抗滑性能指數更是<70分，評價等級較差，可以看出路段路面評價等級雖然合格，但存在較大的安全隱患。因此，為防止路面病害進一步擴展，計劃采用碎石化施工技術對病害路段的水泥混凝土路面進行加鋪改造，以確保該道路運營的安全性。

2 碎石化技術方案設計

根據對病害路段路面檢測結果以及施工方案可行性的分析，提出兩種碎石化技術路面改造方案，其中K42+100～K44+600段路面改造采用共振碎石化技術，K57+200～K59+600段和K65+300～K66+400段路面改造采用多錘頭碎石化技術，具體施工方案如下：

方案1：路面加鋪結構采用3 cm厚SMA-13改性瀝青混凝土上面層+熱瀝青黏層+5 cm厚AC-20改性瀝青混凝土中面層+熱瀝青黏層+11 cm厚ATB-30改性瀝青碎石下面層+1.5 cm厚瀝青碎石封層+25 cm厚共振碎石化原路面面層。

方案2：路面加鋪結構采用3 cm厚SMA-13改性瀝青混凝土上面層+熱瀝青黏層+5 cm厚AC-20改性瀝青混凝土中面層+熱瀝青黏層+8 cm厚AC-25改性瀝青碎石下面層+1.5 cm厚瀝青碎石封層+20 cm厚水泥穩定碎石基層+乳化瀝青封層+25 cm厚多錘頭碎石化原路面面層。

3 碎石化技術改造效果評價分析

為研究兩種碎石化技術方案對病害路段路面改造的實際效果，以改造前的路面路況評價結果為參照，分別針對改造后、半年后及一年后3個階段的路面損壞狀況、路基技術狀況、行駛質量、抗滑性能以及車轍深度進行檢測，并取各項指標的檢測平均值進行對比分析。

3.1 路面損壞狀況

通過統計各測點路面損壞狀況檢測結果，得到兩種施工改造方案的路面損壞狀況指數均值變化曲線如圖1所示。

圖1 路面損害狀況指數變化曲線圖

根據圖1可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段路面損壞狀況指數均>90分，評價等級優秀，相對于改造前路面損壞狀況指數分別增加了58.4%和50.1%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段路面損壞狀況指數均有所下降，降低幅度分別為2.3%和2%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段路面損壞狀況指數再次有所下降，降低幅度分別為3.7%和3.9%，但總體評分依舊保持在90分以上，達到優秀等級，由此說明兩種施工方案均有效改善了路面損壞狀況。

3.2 行駛質量

通過統計各測點路面行駛質量檢測結果，得到兩種施工改造方案的路面行駛質量指數均值變化曲線如圖2所示。

圖2 路面行駛質量指數變化曲線圖

根據圖2可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段行駛質量指數均達到了90分以上，評價等級優秀，相對于改造前行駛質量指數分別增加了39.7%和33.2%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段行駛質量指數均有所下降，降幅分別為1.9%和2.3%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段行駛質量指數再次有所下降，降幅分別為4.1%和4%，但總體評分依舊保持在90分以上，達到優秀等級，由此說明兩種施工方案均有效改善了路面行駛性能。

3.3 車轍深度

通過統計各測點路面車轍深度檢測結果，得到兩種施工改造方案的路面車轍深度均值變化曲線如圖3所示。

圖3 路面車轍深度指數變化曲線圖

根據圖3可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段車轍深度指數均達到了90分以上，評價等級優秀，相對于改造前車轍深度指數分別增加了35.5%和28.9%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段車轍深度指數均有所下降，降低幅度分別為2.3%和2.6%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段車轍深度指數再次有所下降，降低幅度分別增至4%和4.4%，但總體評分依舊保持在90分以上，達到優秀等級，說明兩種施工方案均有效改善了路面車轍狀況。

3.4 抗滑性能

通過統計各測點路面抗滑性能檢測結果，得到兩種施工改造方案的路面抗滑性能均值變化曲線如圖4所示。

圖4 路面抗滑性能指數變化曲線圖

根據圖4可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段路面抗滑性能指數均達到了90分以上，評價等級優秀，相對于改造前路面抗滑性能指數分別增加了49.3%和45.3%，路面改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段路面抗滑性能指數均有所下降，降幅分別為1.8%和1.2%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段路面抗滑性能指數再次有所下降，降幅分別為3.8%和4.6%，但總體評分依舊保持在90分以上，達到優秀等級，說明兩種施工方案均有效改善了路面抗滑性能。

3.5 路基技術狀況

通過統計各測點路基技術狀況檢測結果，得到兩種施工改造方案的路基技術狀況均值變化曲線如圖5所示。

根據圖5可知，路面改造完成后，采用兩種施工方案的路段路基技術狀況指數均達到了90分以上，評價等級優秀，相對于改造前路基技術狀況指數分別增加了14%和10.6%，改善效果顯著。在改造半年后，采用兩種施工方案的路段路基技術狀況指數均有所下降，降幅分別為2.3%和1.6%，總體評分保持在90分以上。在改造一年后，采用兩種施工方案的路段路基技術狀況指數再次有所下降，降幅分別為4.1%和3.2%，但總體評分依舊保持在90分以上，達到優秀等級，說明兩種施工方案均有效改善了路基技術狀況。

圖5 路基技術狀況指數變化曲線圖

4 結語

本文結合某高速公路路面改造工程，針對病害路段的路面狀況進行了檢測分析，提出了共振破碎和多錘頭破碎兩種路面改造方案，通過對改造后路面各項性能指標的檢測和跟蹤評價發現，兩種碎石化技術均可有效解決路面病害問題，改造后的路面損壞狀況、行駛性能、車轍狀況、抗滑性能及路基技術狀況均得到大幅提升，總體評分均在90分以上，達到優秀等級，且在運營一年后路面的各項性能指數下降幅度不大，路面狀況保持良好，未出現嚴重病害現象，由此表明共振破碎和多錘頭破碎兩種碎石化技術在高速公路路面改造工程中均具有優良的應用效果。