舊水泥路面共振碎石化特點及加鋪層設計研究

徐立俊

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

為了促進和適應經濟快速增長對交通運輸的要求，我國沿海發達地區在改革開放40年修建了大量的水泥混凝土路面，特別是早期的國省道干線公路和重要城市道路，水泥路面成為主要的高等級路面結構形式。經過幾十年的發展，交通荷載數量和軸重逐漸增加以及設計標準的提高，早期的水泥路面材料不斷劣化，現有結構的殘余壽命所剩無幾，甚至大量出現了各種結構性損壞，如板塊斷裂、脫空、接縫擠碎等。長期使用的舊水泥路面已經不能滿足當代人們對出行品質的要求，需要重新構建一種不僅在承載力上能滿足要求，還具有足夠舒適性的行車表面[1]。

水泥混凝土路面強度高、穩定性好、板塊效應顯著等使用性能上的優點在遇到超載和維修養護時卻成了棘手的問題，將破碎的水泥板挖除廢棄不僅污染了環境還浪費了用地，而將出現結構性斷裂的舊水泥板進一步碎石化，并在壓穩的基礎上鋪筑瀝青罩面是一個對舊路面進行改造的很好思路。

1 共振碎石化原理和性能特點

1.1 共振碎石化原理

共振破碎技術與常規的利用沖擊勢能原理將舊路強制打裂壓穩技術不同，是通過車載智能化軟件自動搜索分析待破碎舊水泥路面的固有頻率，再對振動錘頭設置相近的頻率持續沖擊舊路面，產生高頻低幅的振動能量，使水泥板與錘頭之間產生共振后達到破碎的目的[2]。經過長期研究與實踐表明，采用共振碎石化時錘頭頻率范圍為45～48Hz，振幅為10～20mm，平均行駛速度3.5～6.5Km/h，處理厚度適用于20～60cm厚的普通路面至機場道面。由于水泥路面板的固有頻率與基層及路基土相差較遠，共振破碎時一般只有水泥混凝土面板產生共振破碎，對于舊路面基層、路基以及其下部涵洞等鋼筋混凝土結構影響很小。

共振碎石化技術適用于舊水泥路面技術狀況評定為次或差，路面結構遭到較大損壞的情況，通常路面狀況指數PCI要小于54～60，斷板率大于11～20，平均錯臺量大于11～15mm，接縫傳荷系數小于31～55%。

1.2 性能特點與設計參數

共振碎石化后形成兩層不同級配和構造的典型結構，即從舊路頂面到10cm處的上部松散層，粒徑一般要求至上而下為0～7.5cm過渡，保證率達到85%，從10cm到板底處為下部結構層，通常會形成斜向30～45°的貫通裂紋，間距約30cm，保證率達到80%。當能夠形成這種兩層結構時，其綜合力學性能比級配碎石層更為優良，不僅可以利用上層的碎礫特性消除反射裂縫的發展，還可以利用下層的整體強度和咬合作用形成明顯的“拱效應”，保留足夠的承載能力，提高加鋪瀝青層的抗彎拉疲勞性能。若舊水泥路面基層結構強度未破壞，共振碎石化層將形成了特殊的柔性上基層，該層回彈模量雖然低于整體性半剛性層，而且在豎向荷載下具有顯著的非線性特性，但下臥層如果剛度較大仍然會表現出優于級配碎石柔性基層的回彈模量，具有足夠的抗變形能力。研究表明，共振碎石化后的剛度可達到普通級配碎石的3倍左右，參數取值范圍為500～1000MPa。碎石化后由于舊水泥路面整體離散化，其體積通常會發生膨脹，但通常應控制膨脹率不超過5%。另外，為了避免周邊受振動影響，可在合適位置設置寬度不小于20cm的隔振溝適應變形，并適當鋪撒石屑等材料進行填縫，利用超過10t的壓路機進行壓穩，撒布1～2L/m2的透層油，為下一步鋪筑瀝青層提供一個堅實平整的界面。

共振碎石化技術不僅可以充分利用舊水泥路面，還可以保護舊水穩基層、路基等其他設施完好無損，并且整個施工過程噪音小，對居民干擾小。資源再生利用度高，不產生廢舊水泥混凝土等建筑垃圾，對環境污染、交通干擾小，施工效率高，節省了路面維修改造的全壽命周期養護成本，綜合效益顯著。

2 特殊路段處理與注意事項

2.1 特殊路段技術措施

共振碎石化的特殊路段處理主要是指可能出現的脫空路段的處理，為了形成一個平整堅實的界面，通常要將表面高程誤差限制在2cm。針對高差過大的情況主要通過施工碾壓完成后在脫空處進行開挖回填處治。如碎石化碾壓完畢后破碎層表面存在的豎向位移為2～10cm，應及時采用碎石進行回填，回填料的粒徑與級配應與上面層保持一致并滿足相關規范要求。若檢測發現豎向位移超過10cm，則可采用早強水泥或摻早強劑的水泥穩定碎石進行結構補強，強度不小于C10。若共振碎石化后脫空對應區域的粒徑過大，存在明顯大于其它路段的碎塊，則應挖除該區域對應的破碎層，回填碎石并壓實。

采用共振碎石化技術應盡可能保護碎石化前的排水系統，避免引起排水通道堵塞、截斷等情況，影響排水效率。可在加鋪瀝青層之前的整個施工段內開挖1m×1m的檢查坑，查看碎石化層是否處于干燥狀態，若潮濕，則應仔細檢查路面邊緣排水系統并及時疏通或整改。檢查坑可用挖出料回填，也可采用石屑回填。

碎石化完成后為了保證碾壓質量，采用振動壓路機碾壓時相鄰碾壓帶應重疊10～20cm，而采用輪胎壓路機碾壓時相鄰碾壓帶應重疊1/3～1/2的碾壓輪寬度。對路面邊緣、加寬及城市道路中港灣式停靠站進出口等大型壓路機難于發揮效果的部位，可采用自重1～2t的小型振動壓路機進行補充碾壓。

2.2 注意事項

共振碎石化雖然不會直接破壞路面以下的各結構層和構造物，但由于水泥板破碎后的體積變化，以及板塊的位移等，在城市道路路面采用該工法時可能會對處于較近的各類管線產生影響，破碎過程中應充分考慮周邊管線的安全性。比如在現場根據物探資料對管線做出明確標記和實時監控，確保豎直向安全距離和水平向安全距離。一般而言，當管線埋設深度小于距離水泥板底部大于80cm時可以正常進行共振碎石化，距離為50～80cm時應進行充分調查論證后使用，當距離小于50cm時不采用。

3 瀝青加鋪層設計

瀝青加鋪層結構厚度應重點根據碎石化后舊路的回彈模量進行動態設計，即在方案設計時將碎石化層看成柔性基層，并根據經驗對回彈模量進行擬定，在碎石化完成應當以實測的動態彎沉進行模量反算得到實際的設計參數，當模量值超過初擬值的時候可采用原方案，當低于初擬值時應按實測的代表值進行優化[3]。加鋪層結構設計同時適用交通量不斷增長和重車增多的需要，使路面在設計使用年限內滿足相應的使用要求。

根據經驗，當擬改造的路面交通狀況為重交通、特重交通時，加鋪層結構分上中下三層鋪筑，總厚度為18～25cm，當交通狀況為中等交通時，加鋪層結構總厚度為15～20cm。

4 結語

研究表明，采用先進的共振碎石化技術進行舊水泥路面改造不僅可以使得碎石化的顆粒級配粗細搭配良好，還能通過面板下層的整體斜向咬合裂縫形成拱效應提供一定的抗彎拉強度。這種獨特的碎石化構造在減少目前白加黑路面普遍存在的反射裂縫問題以及由于舊水泥路面與瀝青層模量相差較大帶來的層間剪應力過大的問題具有顯著作用，同時碎石化后整體強度喪失不會太大，仍然具有足夠的承載能力，可以充當基層的作用，充分利用了舊路資源。由于不需要設置基層，將減少路面標高提升20～30cm，這更適用于對于周邊地塊開發程度較高，需要考慮排水、接順現狀平交口等問題的道路，是一項綜合性能優良的舊路改造技術。