共振碎石化技術在水泥路面改建中的應用研究

王運武，張平

（1.海南省公路勘察設計院，海南海口 570206；2.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

共振碎石化技術在水泥路面改建中的應用研究

王運武1，張平2

（1.海南省公路勘察設計院，海南海口 570206；2.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

結合海南省重點建設項目國道G361陵水至大本段改建工程實踐，對舊水泥砼路面共振碎石化施工工藝、驗收標準進行了闡述，總結了共振碎石化施工質量控制要點及注意事項，對共振碎石化和綜合處治加鋪瀝青面層方案進行了經濟性能評價。

公路；水泥路面改建；共振碎石化；施工質量控制；經濟性能評價

當前“白改黑”常用技術是對水泥路面綜合處治后加鋪瀝青面層，但該處理方法不能從根源上防止反射裂縫的發生。共振碎石化技術通過共振設備對舊水泥路面進行高頻低幅共振破碎，將砼板破碎成均勻高強粒料層，可有效解決瀝青層反射裂縫問題。中國自2005年引入美國RMI共振碎石化技術，隨后在四川、重慶、浙江、湖南等地得到推廣應用，但至今尚未制定共振碎石化技術標準和規范，存在大量理論和技術問題需進一步探究。海南省重點建設項目國道G361陵水至大本段改建工程是海南省第一個引入共振碎石化技術的改建項目，該文結合該工程實踐開展共振碎石技術現場應用研究，為該技術在海南的推廣應用提供參考。

1 工程概況

國道G361陵水至大本公路于2000年進行改建拓寬，為雙向兩車道二級公路，標準斷面寬度為12.0 m，斷面布置形式為2×1.5 m硬化土路肩+2 ×4.5 m水泥砼板。舊水泥路面結構為24 cm水泥砼+15 cm水泥穩定碎石+15 cm級配碎石，路面病害較為嚴重。根據交通量預測，設計年限內一條車道上的累計標準當量軸次為9.8×106次。路面改建方案為4 cm AC-13（橡膠改性）+6 cm AC-20（橡膠改性）+18 cm水泥穩定碎石/8 cm ATB-25瀝青穩定碎石+共振碎石化舊路面。

2 共振碎石化施工準備

2.1舊水泥砼路面的清理

為確保共振碎石化質量，共振碎石化施工前，采用銑刨機或小型風鎬清除水泥砼板上的瀝青罩面和瀝青補塊，并采用表1所示級配粒料回填。

表1　回填粒料的級配

2.2排水系統的設置

共振碎石化前應做好排水措施，特別是對于海南這種降雨量豐富的地區。排水系統的設置可使路基和基層的積水及時排出，從而提高路基強度，避免破碎砼塊侵入路基形成潛在積水地帶。根據設計，每隔10 m設置一道寬30 cm的橫向排水槽，設置深度為舊水泥板板底以下6 cm。

2.3構造物和建筑物分布情況調查與標識

為了避免共振碎石化施工對沿線重要構造物、建筑物產生破壞，施工前在施工路段標注相關注意事項及參數調整等信息，用以區別破碎，保證安全。需注意：1）對于埋深大于0.8 m的構造物，可以正常破碎；埋深在0.5～0.8 m的構造物，共振破碎可能會產生不良影響的，可預先采用人工打裂；埋深小于0.5 m的構造物，應禁止破碎，并在碎石化區域與構造物連接處切割分開。2）周邊建筑物距離路肩的水平向安全距離為15.0 m。3）施工過程中實時監控，確保構造物與建筑物不因施工造成損壞。

2.4其他要求

（1）向道路外側遷移碎石化區域內的控制點，以防碎石化施工對原控制點造成破壞。

（2）對存在諸如錯臺、唧泥、脫空等病害的路段，在碎石化施工前對下部軟弱基層或底基層進行換填修復處理。

（3）碎石化施工前，在施工路段灑水以控制揚塵，灑水時間與破碎時間控制在30min以內。

（4）根據施工方案制訂交通管制及分流方案，盡量減少施工對交通的影響。

3 共振碎石化施工工藝

3.1試驗段

在大規模碎石化施工前，選擇有代表性的100～200 m路段作為試驗段，確定達到規定粒徑、級配和強度要求的共振破碎施工參數。在K15+210—410段右幅進行試驗段施工，圖1為破碎后路面。

圖1　共振破碎后路面

3.2試坑

為檢驗共振碎石化效果，在試驗段內避開接縫或裂縫位置隨機開挖1～2個試坑（1.2 m×1.2 m），全深度檢查碎石化后的粒徑、級配、強度是否符合設計要求。若不符合要求，則對設備參數進行調整。

對試坑進行回彈模量測試和粒料篩分試驗，篩分結果見表2。從試驗結果來看，共振設備參數可達到對路面破碎的目的，破碎后砼頂面回彈模量為300～410 MPa，破碎表層較為平整，粒徑均勻，下層碎石之間有傾斜的裂縫形成很好的嵌擠結構。

表2　試坑粒料篩分結果

3.3路面共振碎石化

共振碎石化施工宜由外側車道邊緣向內進行，破碎區域間隔應控制在半個錘頭寬度以內，嚴格控制隔行破碎現象，不得留邊、留死角。對于粒徑沒有達到要求的，要人工進行破碎或移除回填。施工中還應根據路面實際破碎狀況對機械參數進行微調。

3.4碎石化層的清理

碎石化層碾壓前，應人工清除舊水泥砼面層接縫、裂縫之間的條狀填料，切割移除暴露的舊水泥砼鋼筋使碎石化層頂面齊平，并清除其他類似物。

3.5碎石化層的碾壓

對共振碎石化路面進行碾壓可使碎石化路面更加密實、均勻，對表層大粒徑碎石起到再次破碎作用。采用鋼輪振動壓路機和輪胎壓路機配合碾壓，速度不宜超過5km/h。碾壓完畢后，碎石化表層如有垂直位移超過5 cm的區域，應開挖移除并用碎石粒料回填。

3.6改性乳化瀝青透層施工

灑布乳化瀝青透層可提高碎石化層的防水性和整體性，對路面結構具有積極的作用。乳化瀝青灑布量為1.5kg/m2，要求灑布均勻，保證下滲至碎石層1 cm深度。待乳化瀝青破乳后再撒布3～5mm潔凈集料，并用光輪壓路機靜壓2遍，集料撒布量為5.0～6.0 m3/（1 000 m2）。

4 共振碎石化質量驗收標準

4.1粒徑

破碎層粒徑指標可直接反映共振破碎效果。采用直尺按照水泥路面0～8.0 cm內200 m一處、8.0 cm以下1 000 m一處的頻率進行碎石化層粒徑檢查，粒徑要求見表3。

表3　碎石化粒徑控制標準

4.2碎石化層級配

采用水篩法按照與粒徑檢查相同的頻率進行碎石化層級配檢查，碎石化層級配宜接近級配碎（礫）石級配。

4.3回彈模量

采用承載板按照500 m一處的頻率測試碎石化層頂面回彈模量，回彈模量應大于250 MPa，但宜小于550 MPa。回彈模量變異性大小可間接反映共振碎石化效果，變異性大，表明破碎不均勻。回彈模量大的地方往往是因為水泥板下部層沒有完全破碎、結構完整。

5 共振碎石化施工過程中應注意的問題

5.1控制破碎后的顆粒組成

共振碎石化后的粒徑是控制加鋪結構層不出現早期反射裂縫的關鍵，只有破碎后的粒徑大小均勻，方可使路面共同彎曲，將所承載的荷載均勻分散到路基上。為此，必須選用經驗豐富的駕駛操作員，施工中應隨時注意觀察機械工作情況、錘頭破碎效果，根據實際情況調整破碎參數。既不能過于破碎影響級配和強度，也不能欠破碎導致顆粒太大而產生反射裂縫。

5.2排水系統檢查

共振碎石化施工可能會對碎石化前設置的橫向排水槽造成一定影響，如堵塞、截斷等，影響排水效果。宜在碎石化之后、加鋪之前，在整個施工段內開挖1.0 m×1.0 m檢查坑不少于3個，查看碎石化層的干濕狀態。若潮濕，則應及時疏通、恢復排水槽。檢查坑可用挖出料回填，也可采用碎石回填。

5.3共振碎石化施工方案的選擇

為了減少施工對交通的影響，采用半幅封閉施工、半幅雙向通行的方案。為了驗證共振碎石化對另半幅水穩和ATB-25瀝青層強度的影響，對施工方案進行對比試驗。試驗結果表明：采用分幅共振碎石化加鋪水穩層后再實施另半幅共振碎石化施工，水穩層彎沉代表值從共振破碎前的16.2（0.01mm）增大到26.4（0.01mm），增幅63%。結合水穩層的驗收彎沉值34.9（0.01mm），共振破碎對水穩層的結構強度影響較大。ATB-25瀝青層的驗收彎沉值為51.6（0.01mm），共振破碎前彎沉代表值為29.2（0.01mm），共振破碎后彎沉代表值為34.5（0.01mm），增幅18%，共振破碎對ATB-25瀝青層的結構強度影響不大。為在不影響施工質量的前提下盡可能減小施工對交通的影響，將共振碎石化施工方案調整為：加鋪水穩層路段采用先半幅共振破碎，待全幅共振破碎后再半幅攤鋪水穩層；加鋪ATB-25瀝青穩定碎石層路段采用先半幅共振破碎、攤鋪，之后再進行另半幅共振破碎和攤鋪。

6 經濟性能評價

在實際工程應用中，經濟性能評價已成為越來越重要的一環，很多時候，經濟效益是工程建設方案比選的關鍵要素。根據海南省造價站信息及項目部投標價格清單，對共振碎石化和綜合處治加鋪瀝青面層方案的價格估算進行對比，結果見表4。

表4　共振碎石化與綜合處治加鋪瀝青面層價格估算結果

從表4可以看出：換板處治的單價費用遠高于共振碎石化，約為共振碎石化的3.3倍，對于斷板和破碎板較多、路況較差的路段，共振碎石化技術的經濟優勢尤為明顯。經調查，陵大方向斷裂類病害占總板塊的52.11%，大陵方向斷裂類病害占總板塊的41.10%，雙向合計占總板塊的46.61%。還存在少量錯臺、板底脫空、接縫碎裂、修補等病害。采用共振碎石化后加鋪18 cm瀝青面層的總價為259.0元/m2，采用綜合處治加鋪10 cm瀝青面層的總價為232.2元/m2，兩種方案的價格差別不大，但考慮到換板和壓漿工作周期較長、施工工序復雜、廢棄材料對環境的影響及對反射裂縫的防治效果，共振碎石化技術具有顯著的經濟、社會效益。

7 結語

國道G361陵水至大本段改建工程的實踐證明共振碎石化技術不僅具有交通影響小、改造周期短、減少堆棄、經濟環保的優點，還可以有效解決瀝青加鋪層反射裂縫問題，具有廣闊的應用前景。

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