舊水泥混凝土路面改造方式的選擇

黃 棟，戚良明，胡國(guó)祥

(1.武漢工程大學(xué) 武漢市 430074； 2.安徽省新路建設(shè)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 阜陽(yáng)市 236112)

1 概述

舊水泥混凝土路面的改造方式主要有6種，可分為3大類，即板塊加固后加鋪、翻挖板塊后重建、再生利用。其中，根據(jù)破碎后顆粒的粒徑大小、舊水泥混凝土路面的剩余強(qiáng)度以及破碎設(shè)備的不同，再生利用又分為就地發(fā)裂再生利用與就地碎石化再生利用兩種。就地發(fā)裂包括打裂壓穩(wěn)與沖擊壓裂，就地碎石化包括多錘頭沖擊破碎與共振破碎。這些改造方式的適用范圍及特點(diǎn)各不相同，但邊界不十分清晰。在實(shí)際工作中，往往憑借工程技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)選擇，缺乏科學(xué)統(tǒng)一的依據(jù)，誤判的可能性較大，嚴(yán)重影響舊路改造的效果、投資與工期。為此，對(duì)舊水泥混凝土路面改造方式的選擇進(jìn)行探討。

2 舊水泥混凝土路面的路況指標(biāo)及閾值

舊水泥混凝土路面改造方式的選擇，應(yīng)與路況指標(biāo)緊密結(jié)合，且指標(biāo)閾值應(yīng)適度寬泛，既能指導(dǎo)正確選擇改造方式，又能給工程技術(shù)人員充分的靈活度。

2.1 路況指標(biāo)的遴選

選取的指標(biāo)應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，能反映路面的技術(shù)狀況，與改造方式密切相關(guān)，影響改造方式的選擇，且便于調(diào)查或檢測(cè)。選取了路面損壞狀況指數(shù)PCI、斷板率DBL等6項(xiàng)指標(biāo)，原因如下：

(1)路面損壞狀況指數(shù)PCI

路面損壞狀況指數(shù)PCI表征路面的完好程度，是舊路調(diào)查與檢測(cè)的必選項(xiàng)，是評(píng)定路面技術(shù)狀況最重要的指標(biāo)，直接影響舊路改造方式的選擇。

(2)斷板率DBL

斷板率DBL是評(píng)價(jià)水泥混凝土路面破損狀況的另外一項(xiàng)重要指標(biāo)，《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.1-2001)[1]采用PCI與DBL兩項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定水泥混凝土路面的破損狀況。此外，當(dāng)某路段PCI評(píng)價(jià)等級(jí)為“優(yōu)”或“良”而DBL評(píng)價(jià)等級(jí)為“中”或“次”時(shí)，應(yīng)以較不利評(píng)價(jià)即DBL評(píng)價(jià)作為該路段的路面破損狀況評(píng)價(jià)等級(jí)。

(3)脫空率

板底脫空是水泥混凝土路面的主要病害之一，脫空率反映水泥路面的剩余承載能力，能直接影響改造方式的選擇。例如，當(dāng)脫空率過(guò)大時(shí)，宜考慮采用碎石化的改造方式，將舊水泥混凝土路面破碎并加鋪基層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

(4)路基CBR

CBR是評(píng)定路基材料承載能力的重要指標(biāo)，在舊水泥混凝土路面改造過(guò)程中，發(fā)裂或破碎產(chǎn)生的沖擊力可傳遞到路面結(jié)構(gòu)較大深度范圍內(nèi)，土基和基層會(huì)受到不同程度的影響。若路基CBR值過(guò)低，不穩(wěn)定的土基或基層在沖擊力的作用下會(huì)發(fā)生破壞，局部強(qiáng)度會(huì)降低。

(5)混凝土板需更換或補(bǔ)塊率

混凝土板需更換或補(bǔ)塊率反映水泥混凝土路面板損壞嚴(yán)重，無(wú)法通過(guò)維修來(lái)恢復(fù)、而需重新置換新板所占的比例。若混凝土板需更換或補(bǔ)塊率過(guò)大，則不宜采用板塊加固后加鋪或打裂壓穩(wěn)方案，而應(yīng)采用碎石化等其他改造方式?？梢?jiàn)，混凝土板需更換或補(bǔ)塊率是影響舊路改造方式選擇的重要因素。

(6)路面需開(kāi)挖修補(bǔ)面積占比

路面需開(kāi)挖修補(bǔ)指水泥混凝土路面面層以下的基層或路基存在較為嚴(yán)重的病害，無(wú)法通過(guò)表面處理或壓漿等方法修復(fù)，而需要開(kāi)挖水泥混凝土面板實(shí)施維修，壞到哪一層即修到哪一層?；鶎踊蚵坊『κ怯绊懪f路改造方式選擇的重要因素，例如當(dāng)基層破壞嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致水泥混凝土板碎石化后的模量降低，進(jìn)而導(dǎo)致加鋪的瀝青面層易發(fā)生疲勞損壞[2]。因此，選取路面需開(kāi)挖修補(bǔ)面積占比作為改造方式選擇的指標(biāo)。

2.2 路況指標(biāo)閾值的確定

(1)路面損壞狀況指數(shù)PCI

當(dāng)舊水泥混凝土路面總體技術(shù)狀況良好、僅有少數(shù)病害時(shí)，方可采用板塊加固后加鋪的改造方式?！豆芳夹g(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG 5210—2018)[3]規(guī)定：路面損壞狀況指數(shù)PCI≥90為“優(yōu)”，80≤PCI<90為“良”。因此，選取PCI≥80作為板塊加固后加鋪的閾值；打裂壓穩(wěn)要求路況較好，但比板塊加固后加鋪要求低，取60～80作為其PCI的閾值；路況良好等級(jí)以下的舊路均可采用沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化的改造方式，故對(duì)應(yīng)的閾值取PCI<80。

(2)斷板率DBL

《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F31—2014)[4]規(guī)定：斷板率DBL小于5%時(shí)，不宜采用再生利用技術(shù)；斷板率大于5%且小于80%時(shí)，宜采用就地碎石化再生利用技術(shù)，斷板率小于20%，且脫空率不大于10%時(shí)，也可采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)。因此，選取DBL<5%作為板塊加固后加鋪的閾值，選取5%～80%作為多錘頭與共振碎石化斷板率DBL的閾值。

(3)脫空率

當(dāng)脫空率不大于10%時(shí)，此時(shí)路面剩余承載能力較高，應(yīng)充分利用舊路的強(qiáng)度與材料，優(yōu)先選用板塊加固后加鋪的改造方式，故對(duì)應(yīng)的脫空率閾值取小于10%；根據(jù)《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》(JTG/T F31—2014)[4]，當(dāng)脫空率大于10%時(shí)，采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)無(wú)法徹底解決板底脫空現(xiàn)象，易導(dǎo)致再生層強(qiáng)度不均勻，此時(shí)不宜采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)。因此，就地發(fā)裂的脫空率閾值取小于10%；多錘頭與共振碎石化對(duì)脫空率的要求不如上述改造方式嚴(yán)格，且處治脫空的效果良好，對(duì)應(yīng)的閾值取10%～50%。

(4)路基CBR

當(dāng)局部路段的路基CBR小于5，表明路基強(qiáng)度不足，此時(shí)若對(duì)舊路實(shí)施改造，發(fā)裂或破碎產(chǎn)生的沖擊力會(huì)使路基破壞加劇，導(dǎo)致強(qiáng)度進(jìn)一步降低。另外，路基CBR小于5的路段即便改造完成，也會(huì)由于路基強(qiáng)度不足而嚴(yán)重影響改造后道路的使用壽命與品質(zhì)。因此，選取路基CBR>5作為板塊加固后加鋪、打裂壓穩(wěn)、沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化等5種改造方式的閾值。

(5)混凝土板需更換或補(bǔ)塊率

板塊加固后加鋪適用于路況優(yōu)良、需換板率較小的舊路，故相應(yīng)的閾值取小于10%；打裂壓穩(wěn)要求壞板率低、路況相對(duì)良好，故對(duì)應(yīng)的閾值取小于20%；沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化對(duì)需換板率的要求不如以上兩種改造方式嚴(yán)格，故閾值取值較寬。

(6)路面需開(kāi)挖修補(bǔ)面積占比

板塊加固后加鋪、打裂壓穩(wěn)、沖擊壓裂、多錘頭碎石化、共振碎石化這5種改造方式都要求舊路的路基、基層狀況穩(wěn)定，且基層基本無(wú)松散、具有較好的整體性。板塊加固后加鋪要求最高，相應(yīng)的閾值取小于10%；共振碎石化可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)破碎，對(duì)舊路基層的損傷最小，對(duì)應(yīng)的閾值取小于30%，其他3種改造方式的閾值取小于20%。

2.3 路況指標(biāo)與舊水泥混凝土路面改造方式

基于以上分析，提出不同路況指標(biāo)對(duì)應(yīng)的舊水泥混凝土路面改造方式，如表1所示。由于翻挖板塊后重建主要適用于路況極差、不適用采用其他改造方式以及標(biāo)高受限或體量很小的工程，適用的路況較為明確，實(shí)踐中易于選擇。因此，表1中的改造方式未包括翻挖板塊后重建，只列舉了板塊加固后加鋪、打裂壓穩(wěn)、沖擊壓裂、多錘頭碎石化以及共振碎石化。

3 舊水泥混凝土路面改造方式的選擇

選擇舊水泥混凝土路面的改造方式，應(yīng)綜合考慮路面狀況、路基條件、構(gòu)造物、凈空要求、施工限制條件等因素。在實(shí)施改造前，要開(kāi)展有針對(duì)性的調(diào)查、檢測(cè)與分析工作，了解舊路的基礎(chǔ)資料與現(xiàn)狀信息，獲取路面損壞狀況指數(shù)PCI、斷板率DBL、脫空率、路基CBR、路面需開(kāi)挖修補(bǔ)面積占比、混凝土板需更換或補(bǔ)塊率等指標(biāo)值，再與表1進(jìn)行比對(duì)。經(jīng)比對(duì)，若改造方式較為明確且唯一，則進(jìn)一步論證即可確定；若有幾種改造方式均適用，則結(jié)合適用范圍、環(huán)境影響、破碎效果、工期、造價(jià)等，進(jìn)一步甄別、優(yōu)選最佳改造方式。據(jù)此，可較為準(zhǔn)確、方便地確定舊水泥混凝土路面的改造方式。