舊水泥路面共振碎石化施工控制技術(shù)研究

鄔杰一 陳嘯銘 羅鎵彬

摘要：為了保證舊水泥路面共振碎石化施工達(dá)到良好的效果，文章以某路面大中修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目為依托，從共振碎石化施工機(jī)理出發(fā)，研究路面厚度、錘頭類型對(duì)共振碎石化施工效果的影響。結(jié)果表明：路面厚度＞20 cm時(shí)，先預(yù)裂后共振的施工技術(shù)能保證共振碎石化施工效果；采用倒三角形錘頭施工的效果明顯更好。同時(shí)，提出了舊水泥路面共振碎石化施工控制技術(shù)，以期為共振碎石化施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：舊水泥路面；共振碎石化；錘頭類型；合格率

中圖分類號(hào)：U415.6? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-4874（2024）04-0077-03

0 引言

水泥路面在過去一段時(shí)間里因造價(jià)低、承載力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，成為我國主要的道路路面結(jié)構(gòu)之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，交通量及車輛載荷逐漸增加，同時(shí)在環(huán)境的影響下，很多水泥路面出現(xiàn)了斷板、錯(cuò)臺(tái)、坑洞等病害，嚴(yán)重影響了交通安全性和行車舒適性，水泥路面進(jìn)入了大修階段［1］。舊水泥路面采用挖除重建的方法將產(chǎn)生大量的固廢，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境，與我國綠色環(huán)保發(fā)展的生態(tài)理念背道而馳。采用就地共振碎石化施工可以很好地保護(hù)環(huán)境，同時(shí)可以將其用作新建路面的基層，為路面提供良好的承載力。姜獻(xiàn)東［2］從技術(shù)、費(fèi)用、社會(huì)效益三個(gè)方面對(duì)直接加鋪、多錘頭破碎后加鋪、共振碎石后加鋪路面方案進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明共振碎石化施工后的加鋪路面各項(xiàng)效益最好；陳喻軍等［3］通過彎沉、模量檢測(cè)和級(jí)配試驗(yàn)對(duì)路面共振碎石化效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明共振碎石化后，上層為均勻性較好的碎石級(jí)配，能提供良好的承載能力；李盛等［4］研究不同頻率和行進(jìn)速度對(duì)共振碎石化效果的影響，結(jié)果表明在振動(dòng)頻率為4.8 Hz，行進(jìn)速度為1.3 km/h的條件下，共振碎石化效果最優(yōu)。

舊水泥路面共振碎石化施工已得到大范圍的應(yīng)用［5］，學(xué)者從技術(shù)、費(fèi)用、試驗(yàn)指標(biāo)等對(duì)共振碎石化施工進(jìn)行研究，但從路面板厚、錘頭類型等因素對(duì)舊水泥路面共振碎石化施工效果的研究較少。因此，有必要對(duì)不同的路面厚度和錘頭類型等方面進(jìn)行研究，為工程施工提供參考。

1 工程概況

隨著交通量逐年增加，特別是大型貨車和特大型貨車的數(shù)量增長速度過快，修建已久的路面已出現(xiàn)不同程度的損壞，亟須進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修。某省普通國省干線公路服務(wù)能力提升工程（養(yǎng)護(hù)工程項(xiàng)目）主要對(duì)普通國省干線路面破損嚴(yán)重的228個(gè)路段，共計(jì)1 646.157 km進(jìn)行路面大中修養(yǎng)護(hù)。其中，某市路面大中修養(yǎng)護(hù)項(xiàng)目主要包括7條國省干線公路，養(yǎng)護(hù)里程約45 km，舊水泥混凝土路面共振碎石化里程約39 km，占總養(yǎng)護(hù)里程的86.7％，舊水泥路面主要采取共振碎石化施工。

2 共振碎石化施工機(jī)理

如今，在綠色低碳發(fā)展和重載車輛增速過快的背景下，“白+黑”是國內(nèi)外常用的路面改造方案，采用共振碎石化對(duì)水泥路面進(jìn)行施工能很好地防止反射裂縫產(chǎn)生。其工作原理為共振設(shè)備產(chǎn)生高頻低幅的振動(dòng)能量作用于錘頭上，通過錘頭將此能量傳遞到水泥路面，使錘頭與水泥路面間產(chǎn)生共振，將舊水泥路面破碎成上部相互嵌擠的碎石層及下部相互嵌擠的粒料層，水泥路面上的裂紋與路面間形成20°～70°夾角，裂縫貫通整個(gè)路面層的效果，如圖1所示。

上部碎石層一般是路面表面至整個(gè)板厚的1/4處或鋼筋以上，粒徑在0～75 mm，這樣可以很好地消除反射裂縫，同時(shí)有利于路面滲水的橫向排除；下部粒料層一般是整個(gè)板厚的1/4處至板底或鋼筋以下，粒徑在75～230 mm，這樣既能保留水泥路面良好的強(qiáng)度，使壓實(shí)后嵌擠力進(jìn)一步增強(qiáng)，又能提供較好的承載能力。

3 共振碎石化施工機(jī)理

3.1 共振碎石化施工影響因素

3.1.1 路面厚度

養(yǎng)護(hù)工程路段中的舊水泥混凝土路面設(shè)計(jì)厚度均為16 cm，實(shí)地調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，部分路面因?yàn)樵访娌『又兀嬖谥劁伡痈攥F(xiàn)象。通過鉆芯取樣，發(fā)現(xiàn)路面實(shí)際厚度≥20 cm。為了進(jìn)一步明確重鋪加高路段的長度，對(duì)養(yǎng)護(hù)工程中的39 km水泥路面進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，舊水泥路面中設(shè)計(jì)厚度路段占比為82.3％，重鋪加高路段占比為17.7％，說明加鋪路段長度達(dá)到了7 km左右。為了探究不同水泥路面厚度之間的共振施工化施工效果，分別在正常設(shè)計(jì)厚度和重鋪加高段選擇30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行鉆芯取樣，檢測(cè)結(jié)果用合格率表示，合格標(biāo)準(zhǔn)為是裂縫貫通板底，裂縫與路面間的夾角為20°～70°，結(jié)果如表2所示。

由表2可知，正常設(shè)計(jì)厚度路段共振碎石化后上層碎石層粒徑為0～60 mm，下層粒料層粒徑為70～210 mm，裂縫與路面的夾角為20°～60°，合格點(diǎn)數(shù)為26，合格率為87％；重鋪加高路段合格點(diǎn)數(shù)為23點(diǎn)，合格率為77％，兩種不同面板厚度路段間的合格率差值為10％。通過對(duì)重鋪加高路段的芯樣進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)上部碎石層粒徑在0～75 mm，裂縫延伸到整個(gè)板厚的4/5左右，板厚4/5以下部分芯樣完整，裂縫沒有貫穿整個(gè)板厚。

通過分析發(fā)現(xiàn)共振碎石化施工效果與路面厚度有較大的關(guān)系，對(duì)于重鋪加高路段，正常施工時(shí)，共振碎石化設(shè)備產(chǎn)生的激振能量只能延伸到整個(gè)板厚的4/5左右處，裂縫未貫通板底。因此，為了提高共振碎石化施工效果，重鋪加高路段先采用破碎機(jī)進(jìn)行預(yù)裂處理。分別對(duì)重鋪加高路段預(yù)裂前后的路面隨機(jī)選擇30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

3.1.2 錘頭類型

共振設(shè)備的錘頭有倒三角形、半圓弧形等形狀，不同形狀的錘頭在共振碎石化施工中都有較廣泛的應(yīng)用，為了對(duì)比不同錘頭形狀的共振設(shè)備的施工效果，分別對(duì)5臺(tái)共振碎石化設(shè)備施工的路段中隨機(jī)選擇25個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如表4所示。

由表4可知，2臺(tái)半圓弧形共振碎石化設(shè)備施工路段的上層碎石層粒徑為0～70 mm，下層粒料層粒徑為70～200 mm，裂縫與路面的夾角為20°～60°，每臺(tái)設(shè)備合格率相差不大，在70％左右，平均合格率為74％；3臺(tái)倒三角形共振碎石化設(shè)備施工路段的上層碎石層粒徑為0～75 mm，下層粒料層粒徑為80～220 mm，裂縫與路面的夾角為20°～70°，每臺(tái)設(shè)備合格率相差不大，在80％左右，平均合格率為85％。半圓弧形共振碎石化設(shè)備與倒三角形的平均合格率相差11％，因此為了提高水泥路面共振碎石化的施工效果，共振碎石化設(shè)備的錘頭選擇倒三角形。

3.1.3 行駛速度

共振碎石化設(shè)備的行駛速度是可以根據(jù)路況進(jìn)行調(diào)整的。為了探究共振碎石化設(shè)備行駛速度對(duì)共振碎石化施工效果的影響，將編號(hào)1#、2#、3#的3臺(tái)共振設(shè)備的行駛速度控制在1.2 km/h左右，編號(hào)4#、5#的2臺(tái)共振設(shè)備的行駛速度控制在2.3 km/h左右。分別從5臺(tái)設(shè)備施工的路段中隨機(jī)選取30個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果如表5所示。

由表5可知，5臺(tái)設(shè)備在不同的行駛速度下，合格率相差不大，施工路段的上層碎石層粒徑在0～70 mm，下層粒料層粒徑在75～210 mm，裂縫與路面間的夾角為20°～65°。因此，共振碎石化設(shè)備的行駛速度對(duì)共振碎石化施工效果影響較小，共振碎石化設(shè)備的行駛速度保持在1～4 km/h就可以達(dá)到理想的共振效果。

3.2 共振碎石化施工控制技術(shù)

為了提高共振碎石化施工效果，保證舊水泥路面共振碎石化后能提供良好的承載能力，在原有共振碎石化施工控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過分析路面厚度、錘頭類型對(duì)共振碎石化施工效果的影響，提出針對(duì)性的共振碎石化施工控制技術(shù)，供共振碎石化施工參考。

3.2.1 共振碎石化施工前準(zhǔn)備

全面調(diào)查需要進(jìn)行共振碎石化施工的路段，對(duì)于局部有瀝青加鋪層路段或?yàn)r青修補(bǔ)塊路段，先清除瀝青加鋪層或?yàn)r青修補(bǔ)塊。通過設(shè)計(jì)圖紙文件和實(shí)地踏勘，標(biāo)記出需要施工路段中舊水泥路面厚度>20 cm的路段，并在施工前與施工人員進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，交底的內(nèi)容為共振碎石化設(shè)備的操作規(guī)程、安全文明施工等內(nèi)容。

3.2.2 舊水泥路面預(yù)裂處理

預(yù)裂處理只針對(duì)舊水泥路面厚度超過20 cm的路面，舊水泥路面厚度<20 cm的可以不考慮此步驟。預(yù)裂施工前，對(duì)需要預(yù)裂的路段與操作機(jī)手進(jìn)一步交底，并強(qiáng)調(diào)預(yù)裂的重要性。破碎機(jī)進(jìn)行預(yù)裂施工時(shí)，裂縫的深度應(yīng)貫通板底，板塊的大小應(yīng)≤0.4 m2。

3.2.3 共振碎石化施工

共振碎石化設(shè)備的錘頭采用倒三角形，錘頭磨損到一定程度后及時(shí)更換。共振碎石化施工順序一般為由外側(cè)向內(nèi)側(cè)，由低處向高處，從相鄰水泥板間的縱縫開始破碎。每一條錘頭破碎寬度宜為0.2 m，相鄰兩條破碎區(qū)域間隔應(yīng)控制在一個(gè)錘頭寬度以內(nèi)，嚴(yán)格控制隔行破碎。使用同一設(shè)備對(duì)水泥混凝土路面整幅進(jìn)行全寬、全斷面、全方位、全深度的共振破碎，不得留邊、留死角，不得利用非共振設(shè)備進(jìn)行破碎。

3.2.4 破碎層的清理

人工清除破碎完成原路面中填充縱橫縫的條狀填料和碎石層表面>15 cm的碎石塊。同時(shí)，若有鋼筋露出，應(yīng)將露出的鋼筋截?cái)嘀僚c碎石層表面齊平。

3.2.5 碎石化層的碾壓

在破碎完成的破碎層表面灑水，灑水量以壓路機(jī)振動(dòng)碾壓出漿為宜。采用壓路機(jī)按三階段進(jìn)行碾壓，初壓采用靜壓1遍，復(fù)壓采用振動(dòng)碾壓2～3遍，終壓采用靜壓1～2遍，碾壓速度控制在3 km/h左右。相鄰兩條碾壓帶的重疊寬度為100～200 mm。

4 結(jié)語

本文從共振碎石化施工機(jī)理著手，分析路面厚度、錘頭類型、碾壓速度等因素對(duì)共振碎石化施工效果的影響，得到了以下結(jié)論：

（1）路面厚度對(duì)共振碎石化施工效果有明顯的影響，當(dāng)路面厚度>20 cm時(shí)，先采用預(yù)裂處理，再共振碎石化施工，能提高共振碎石化施工效果。

（2）共振碎石化設(shè)備使用的錘頭不同，共振碎石化效果也有一定差異，采用倒三角形錘頭的效果要優(yōu)于半圓弧形錘頭。

（3）針對(duì)板厚的舊水泥路面，提出了一套共振碎石化施工控制技術(shù)，供工程施工中參考。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：鄔杰一（1991—），工程師，主要從事公路養(yǎng)護(hù)施工及技術(shù)管理工作。