關(guān)于碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探討

1、南華大學(xué) 衡陽市公路管理局；2、南華大學(xué)

摘要：筆者闡述了碎石化技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及本區(qū)域碎石化技術(shù)的推廣情況，并通過具體項(xiàng)目實(shí)踐對碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，明確了本區(qū)域碎石化路面結(jié)構(gòu)的合理性。

關(guān)鍵詞：碎石化；路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、碎石化技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀

碎石化技術(shù)起源于美國，美國最早應(yīng)用碎石化工藝是在 1986 年，此后在公路改建工程中它被成功地應(yīng)用，該技術(shù)在美國從開始使用以來，已在美國35個(gè)州進(jìn)行施工，效果理想，已被列入美國瀝青協(xié)會(huì)的技術(shù)規(guī)范。

我國的舊水泥混凝土路面破碎技術(shù)起步較晚，直到2002年由山東省公路養(yǎng)護(hù)工程有限公司從美國引進(jìn)Badger州立公路設(shè)備公司生產(chǎn)的多錘頭破碎設(shè)備。該設(shè)備對水泥混凝土路面的破碎則屬于典型的碎石化工藝。

雖然起步晚，但是國內(nèi)道路工作者很快發(fā)現(xiàn)了碎石化技術(shù)能徹底解決水泥路面反射裂縫的優(yōu)點(diǎn)，并迅速展開了研究和實(shí)踐，通過一些項(xiàng)目的實(shí)施，取得了相關(guān)研究成果。

2、本區(qū)域碎石化技術(shù)推廣情況

筆者所屬城市的區(qū)域首次采用碎石化工藝是2007年，省道S315線的一段路面大修改造項(xiàng)目，在公路主管部門和設(shè)計(jì)單位的推薦下，路面大修結(jié)構(gòu)采用了對原水泥路面碎石化并加鋪基層及面層的結(jié)構(gòu)。通過本次路面改造，徹底解決了該路段數(shù)年來難以根治的水泥路面病害，但同時(shí)暴露出了碎石化結(jié)構(gòu)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度不足的問題，近年來該公路部分路段路面出現(xiàn)了明顯的車轍、坑洞等瀝青路面的病害。

隨后省交通廳及省公路局等行業(yè)主管部門對水泥路面碎石化技術(shù)逐步進(jìn)行了推廣和規(guī)范，特別是“十二·五”以來，《湖南省普通干線公路路面設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見》2011年9月18日正式發(fā)布，《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D40-2011版于2011 年12月01日實(shí)施，其中關(guān)于舊水泥混凝土路面的加鋪方案選擇也給出了較為合理的方式，并同時(shí)明確了碎石化的技術(shù)參數(shù)，這是對碎石化技術(shù)在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的層面給予了肯定和明確。我省公路水泥路面大修項(xiàng)目也積極推行了碎石化工藝，本區(qū)域從2010年之后的的國省干線公路水泥路面大修項(xiàng)目，基本采用了碎石化工藝，通過觀察近幾年的項(xiàng)目實(shí)施效果，基本上達(dá)到了預(yù)期效果，完全解決了原水泥路面反射裂縫問題，完成了“白改黑”目標(biāo)，成功的由剛性路面改造成了柔性路面。

3、碎石化路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者作為一名公路設(shè)計(jì)行業(yè)的從業(yè)者，有幸參與了本區(qū)域碎石化工藝的推廣和實(shí)施過程，同時(shí)對該工藝推廣過程的復(fù)雜性深有感觸。尤其在初期，由于是一個(gè)新興工藝，沒有較為成熟的工藝結(jié)構(gòu)，也沒有成熟的施工經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致項(xiàng)目實(shí)施效果還沒達(dá)到期望值，項(xiàng)目實(shí)施者在思想上都經(jīng)歷了矛盾和掙扎。不過在上層決策者的精明領(lǐng)導(dǎo)和集體智慧支持下，碎石化技術(shù)的推廣已走上了正軌，到達(dá)了理想的社會(huì)效果。

目前本區(qū)域的碎石化項(xiàng)目，較為成熟的是針對國省干線的路面大修改造，對于省公路局下達(dá)的干線公路的路面大修工程，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為：對原水泥路面碎石化后，加鋪大于30cm厚水泥穩(wěn)定類基層+8cm厚瀝青面層。

2012年《“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中的國道G107、G322路面改造項(xiàng)目啟動(dòng)，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案經(jīng)過專家評(píng)審和論證，最終路面結(jié)構(gòu)實(shí)施方案為：對原水泥路面碎石化后，加鋪45cm厚水泥穩(wěn)定類基層+9cm厚瀝青面層。目前該項(xiàng)目已經(jīng)基本實(shí)施完成。

對于以上項(xiàng)目，已完成實(shí)施的項(xiàng)目最長時(shí)間已有4年，最短時(shí)間不到1年，截止目前為止，項(xiàng)目均未出現(xiàn)明顯病害和問題。但是對于公路行業(yè)設(shè)計(jì)從業(yè)者，該碎石化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性一直有待明確。以下針對本區(qū)域G107改造項(xiàng)目的路面設(shè)計(jì)情況進(jìn)行分析。

3.1累計(jì)軸載計(jì)算

針對路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的先決條件是確定項(xiàng)目的交通等級(jí)，調(diào)查明確設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)軸次次數(shù)。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D40-2011版的規(guī)定，交通等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)已由原4級(jí)調(diào)整為5級(jí)。新規(guī)增加了極重等級(jí)，使得道路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)更貼切現(xiàn)實(shí)路況。

當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)，軸載計(jì)算公式為：

當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，軸載計(jì)算公式為：

根據(jù)設(shè)計(jì)人員的實(shí)地軸載調(diào)查，通過軸載計(jì)算，本區(qū)域G107改造項(xiàng)目當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次：1.52×108，當(dāng)以半剛性材料結(jié)構(gòu)層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)當(dāng)量軸次：1.09×109，屬特重交通等級(jí)。

3.2結(jié)構(gòu)層劃分及材料參數(shù)取值

方式一：通常設(shè)計(jì)人員對于改建路面的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對于原路面提取當(dāng)量回彈模量作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)層，該模量通常按檢測實(shí)測值確定。碎石化處理后的舊路面頂面的回彈模量一般不小于200MPa。按這種思路，對碎石化處理后的舊路面是作為一個(gè)結(jié)構(gòu)層（老路面）來考慮的。

方式二：實(shí)際上我們的碎石化處理后的舊路面情況比較復(fù)雜，基本上分為兩層，碎石化上層和下層，碎石化層上層類似于瀝青穩(wěn)定粒料，據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究資料取其模量為不小于200MPa；碎石化層下層由未完全斷開的水泥混凝土塊組成，根據(jù)國外相關(guān)研究資料，其模量取3450MPa；原路面基層頂面回彈模量取不小于150MPa。

其它瀝青面層結(jié)構(gòu)層取值均采用常規(guī)設(shè)計(jì)模量。

3.3路面結(jié)構(gòu)計(jì)算

根據(jù)瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般以路表回彈彎沉值、瀝青層層底拉應(yīng)力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力做為設(shè)計(jì)指標(biāo)。結(jié)合碎石化路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及利用原路面改造的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，碎石化加鋪路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)控制性指標(biāo)實(shí)際為路表的設(shè)計(jì)彎沉值。根據(jù)路表設(shè)計(jì)彎沉值設(shè)計(jì)確定和驗(yàn)算結(jié)構(gòu)層厚度。

根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)采用多層彈性體系理論設(shè)計(jì)計(jì)算路面厚度。設(shè)計(jì)特對碎石化結(jié)構(gòu)層采取2種結(jié)構(gòu)建模計(jì)算。

序號(hào)結(jié)構(gòu)層厚度備注

結(jié)構(gòu)一

1細(xì)粒式瀝青混凝土4cm

2中粒式瀝青混凝土5cm

3水泥穩(wěn)定碎石20cm

4水泥穩(wěn)定碎石？cm計(jì)算層

5原路面（碎石化后原路面）

結(jié)構(gòu)二

1細(xì)粒式瀝青混凝土4cm

2中粒式瀝青混凝土5cm

3水泥穩(wěn)定碎石20cm

4水泥穩(wěn)定碎石？cm計(jì)算層

5碎石化上層12cm

6碎石化上層12cm

7原路面（原路面基層）

根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示：結(jié)構(gòu)一計(jì)算水泥穩(wěn)定層厚度為18cm，結(jié)構(gòu)二計(jì)算水泥穩(wěn)定層厚度為11cm。結(jié)構(gòu)二的路面基層厚度計(jì)算結(jié)果為31cm，基本吻合省公路局大修技術(shù)指標(biāo)。

4、對碎石化結(jié)構(gòu)路面的展望

通過筆者對本區(qū)域的一個(gè)實(shí)施項(xiàng)目的碎石化路面結(jié)構(gòu)計(jì)算案例分析，認(rèn)為結(jié)構(gòu)二的計(jì)算模型，較為真實(shí)的反應(yīng)了碎石化處理后的原路面情況，結(jié)構(gòu)層次貼切實(shí)際，計(jì)算結(jié)果也較準(zhǔn)確。同時(shí)也論證了我省公路系統(tǒng)在國省干線的路面大修項(xiàng)目中對碎石化結(jié)構(gòu)推廣的掌控是非常準(zhǔn)確、有效的。

我國是一個(gè)水泥路面保有率高的國家，隨著水泥路面的使用年限逐漸到期，水泥路面改造將在相當(dāng)長的一段時(shí)間里成為道路路面建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。碎石化技術(shù)在我國起步較晚，雖然推廣程度不高，但是其具有較好的力學(xué)性能以及經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能等特點(diǎn)已成為不爭的事實(shí)。該技術(shù)需要得到廣大從業(yè)人員的認(rèn)可，更需要上層建筑的認(rèn)同，筆者相信該技術(shù)在今后的水泥路面改造中一定能成為重點(diǎn)推廣工藝，為道路建設(shè)提供技術(shù)支持。