水泥混凝土路面再生技術在道路工程中的應用
——以中發路改擴建工程為例

杭 歡

（上海之景市政建設規劃設計有限公司， 上海 201508）

0 引言

水泥混凝土路面具有強度高、穩定性好等特點，在我國20 世紀建設的部分高等級道路，尤其在地方道路中得到廣泛的應用。其中較早修建的水泥混凝土路面，由于設計、材料、施工技術、施工管理和質量控制等原因，以及車輛荷載隨著經濟發展而快速增長，路面出現大量破壞，大部分已進入大中修階段。同時由于社會發展，許多道路功能發生轉變，道路等級或交通量需求提升，使得該部分道路需要進行改擴建。此時，原有水泥混凝土路面的處治成為該類型道路工程設計的一個重點。

1 可持續發展理念引入的重要性

隨著可持續發展戰略納入我國經濟和社會發展的長遠規劃，在道路設計領域也要求設計人員形成“質量、環保、經濟”一體化的綜合設計能力。在水泥混凝土路面的大中修或改擴建工程中，當老路水泥混凝土板塊破損較嚴重，或道路線形、道路橫斷面、路面標高等與規劃不相符，亦或因其他原因（如管道埋設等）需要對老路深度開挖等，老路混凝土經常拆除后作為廢料進行處理。

該類廢料最常見的處理方法是將老路混凝土簡單破碎后，集中運輸至廢料堆積場再行處理或填埋，而這種處理方法往往需要占用大量的土地資源。隨著城市化進程的推進，一般在城市道路周邊土地資源日益稀缺，地方政府也會采取更為嚴格的管控措施，一般近距離難覓堆放點，而遠距離運輸則會在運輸過程中產生更多的噪音、粉塵、掉落物等，對環境、生態、社會等產生更多破壞性和不和諧的因素。此外，由于水泥混凝土屬于無機結合料，其本身極難自然降解，如將其堆放或填埋，將來土地開發時又需要再次開挖和運輸，造成二次污染。因此，在水泥混凝土路面改造工程中引入可持續發展理念，對混凝土廢料進行及時、合理的處治是非常重要和迫切的。

2 舊水泥混凝土路面再利用的主要方法

可持續發展的核心理念在于以人與自然和諧為主線，合理開發和集約高效利用資源，實現“高消耗、高污染、低效益”向“低消耗、低污染、高效益”的轉變。從一般性的道路設計而言，可以在道路選線、規模控制、中水回用、雨水回收、綠植墻體等技術環節進行綜合設計[1]，以實現可持續發展理念。在水泥混凝土路面改造工程中，除上述技術環節外，原有水泥混凝土路面的處治利用是實現可持續發展理念的重要環節。

在水泥混凝土路面的處理利用方法中，一般根據舊混凝土路面的綜合評定結果，采取維修保留、破碎處治等措施[2]。在城市道路中，由于標高受限因素較多，往往舊混凝土層僅能作為改造后路面的基層層面使用。若采取維修保留、再加鋪瀝青混凝土面層（白加黑）的方法，處置不當則容易產生反射裂縫，此時可考慮舊混凝土路面破碎處治。

混凝土路面破碎處治常見有三種類型[3]：

一是打裂壓穩，對混凝土路面施加高能量低頻沖擊外力，使板塊開裂，相鄰裂縫形成的塊狀面積為0.4～0.6 平方米。一般采用門架式設備，通過重力勢能完成對混凝土路面的打裂。成型后整體剛性較好，但均勻性較差，可延緩加鋪瀝青混凝土面層后反射裂縫的產生時間，但不能完全消除。

二是碎石化，采用落錘而低頻振動等方式，將舊混凝土板破碎成最大尺寸小于0.4 米、下粗上細的顆粒。有單錘頭和多錘頭等機械設備，尤其是多錘頭破碎工藝，配合有“Z”字花紋碾壓輪的震動壓實機對破碎后路面震動壓實，成型后均勻性較好，但整體剛性較差，力學模式更趨向于級配碎石，通過適當的瀝青加鋪層設計，可以有效防止放射裂縫的產生。

三是集料化，即將舊混凝土路面破碎、挖除、清運后集中加工處理為符合一定級配的集料，一般再作為新建路面的底基層或墊層使用。混凝土路面集料化的主要過程可分為三個過程：第一步為路面破碎、挖運和集中；第二步為集料清洗、再次破碎、篩分；第三步為返運、填筑、壓實。

上述三種方法中，打裂壓穩和碎石化是將舊混凝土路面原地處治利用，二者的目的都是縮小舊混凝土板塊的尺寸。其中打裂壓穩技術與碎石化相比，對水泥混凝土路面的結構性破碎得不夠徹底，不能完全消除反射裂縫[4]。碎石化對加鋪層厚度要求較高[5]，在對路面標高受限的路段往往不能適用，同時對其他條件也有一定限制，如路基強度、板塊厚度、周邊敏感建構筑物等。而對于集料化，由于將舊混凝土路面完全挖除，在使用條件上基本不受限制。

本文案例位于城市集建區，在加鋪厚度、周邊建筑等限制較大且原混凝土板塊厚度較薄，同時又需翻挖老路埋設雨水管道，綜合以上因素，最終采用舊混凝土路面集料化的處治方法。

3 舊混凝土路面集料化在項目中的應用

3.1 項目概況

本項目為朱涇鎮中發路（金廊公路-仙居路）道路改擴建工程。工程范圍西起金廊公路，東至仙居路，全長438.26m，規劃道路紅線寬度24 米，道路等級為城市次干路，設計速度40km/h，工程規模按照兩快兩慢實施，設計路面荷載BZZ-100，交通量等級為中等，路面結構為瀝青混凝土。

工程主要內容包括：工程起點K0+017.94 至K0+186.78 為新建路段，新建道路、橋梁、雨水管工程，以及污水管（修復）工程等；K0+186.78 至工程終點K0+456.20為改擴建路段，擬現狀水泥混凝土路面拆除重建、新建人行道、新建雨水管工程，以及污水管（修復）工程等。工程全線同步設置交通標志標線、路燈、綠化等附屬設施。

對于K0+186.78 至工程終點K0+456.20 的改擴建路段，引入了舊混凝土路面集料化的構想。

3.2 舊水泥混凝土路面狀況

K0+186.78 至工程終點K0+456.20 為改擴建路段，現狀水泥混凝土路面寬度12 至16 米，水泥板塊厚度14 至18cm，二灰碎石基層厚度12 至20cm，碎石墊層厚度約10 至15cm。板塊脫空率接近100%，斷板率和錯臺量次至差，路面損壞狀況PCI 等級C 至D。

3.3 改擴建工程設計概況

3.3.1 平縱橫設計

道路平面按規劃布設，改擴建路段現狀走向與規劃中心線略有偏差，調整為規劃中心線走向。

改擴建段設計縱斷面受現狀限制，在老路標高基礎上僅能少許提高，現狀路面標高約4.0 米，設計路面標高為4.1 米；新建段標高不受限制，設計路面最低標高為4.3 米。

設計道路標準橫斷面組成為：4 米（人行道+行道樹）+16 米（機非混行車道）+4 米（人行道+行道樹）=24 米（道路紅線）。

3.3.2 路基設計

新建段沿線以廢棄農田為主，充分清除表土和腐殖土，清表后設置30cm 礫石砂基底處理（本次舊混凝土路面集料化主要用于填筑該層），再鋪設40cm 采用6%石灰土，最后鋪筑路面結構。

改擴建段路基在老路翻挖后壓實復測路基回彈模量和彎沉值，原則為保留。

3.3.3 路面結構設計

本工程路面結構做法為：

4cm 細粒式瀝青混凝土AC-13C（SBS 改性瀝青Ⅰ-D）

乳化瀝青粘層油（PC-3，用量0.5L/m2）

8cm 粗粒式瀝青混凝土 AC-25C

1cm ES-3 型乳化瀝青稀漿封層

乳化瀝青透層油（PC-2，用量1.0L/m2）

35cm 水泥穩定碎石

15cm 礫石砂

3.4 舊混凝土路面再生利用設計

3.4.1 再生料設計概況

本工程分為新建段和改擴建段，本著資源節約、生態環保、節能高效的建設理念，將改擴建段舊混凝土板塊再生利用。考慮到本工程位于城市集建區，在加鋪厚度、周邊建筑等限制較大，且板塊厚度較薄，同時又需翻挖老路埋設雨水管道，故最終采用舊混凝土路面集料化的再生利用方法。

考慮到新建段路基清表后，清表后設置30cm 礫石砂基底處理，而舊混凝土路面集料化再生料的力學性質與之類似，故將改擴建段的再生材料替代該層路基填料使用，設計路基路面結構自上而下為：

4cm 細粒式瀝青混凝土AC-13C（SBS 改性瀝青Ⅰ-D）

乳化瀝青粘層油（PC-3，用量0.5L/m2）

8cm 粗粒式瀝青混凝土 AC-25C

1cm ES-3 型乳化瀝青稀漿封層

乳化瀝青透層油（PC-2，用量1.0L/m2）

35cm 水泥穩定碎石

15cm 礫石砂

40cm 6%石灰土

30cm 舊混凝土再生料

3.4.2 再生料技術指標

為符合填筑要求，再生料在生產過程中，必須按照一定技術指標進行制備。本次再生料用途為路基填料，從最大粒徑、最小強度、級配要求等嚴格要求。

1）最大粒徑：填料所在位置為下路床，最大粒徑按《城市道路路基設計規范》應小于100mm。

2）最小強度：同樣，對應次干路的下路床填料強度要求，填料最小強度（CBR）應不小于4%。

3）級配要求：再生料應具有一定級配，綜合考慮再生料制備工藝、填筑質量等，采用以下級配區間：

混凝土再生料級配區間

3.4.3 再生料施工要求

1）再生料原材料生產須嚴格控制再生舊料的粒徑，并去除木屑及生活垃圾等雜物。

2）再生料填筑施工嚴格按照路基施工規范分層填筑，路床攤鋪層厚≤20cm，采用重型壓路機（20T 以上）碾壓。

3.4.4 再生料施工質量控制

1）再生料填筑參照填石路基控制，應對填料進行CBR 檢測，確保填料滿足強度要求。

2）再生料填筑路基施工質量檢測指標以回彈模量檢測為主：路基頂面回彈模量不小于30MPa。

3）采用孔隙率、壓實沉降差和施工參數聯合控制施工壓實質量。

4）孔隙率不大于20%。

5）壓實沉降差為采用施工碾壓時的重型振動壓路機（14t 以上）按規定碾壓參數（強振，4km/h 以下速度）碾壓兩遍后各測點的高程差，其與碾壓遍數以及填料的壓實干密度有較好的相關關系，能較好反映壓實層整體密實情況。壓實沉降差標準為平均值不大于5mm，標準差不大于3mm。

6）通過鋪筑試驗路段合理確定施工參數，包括：分層填筑的厚度、壓實工藝及壓實控制標準等。

7）路基填筑過程中，可以用彎沉換算路基的回彈模量，其各層的彎沉值如下：

路基回彈模量換算彎沉值

4 結束語

本文在進行中發路道路工程設計時，針對舊混凝土路面采用了混凝土板塊集料化的處治方法，將舊混凝土板塊破碎后集中制備混凝土再生料，用于代替礫石砂路基填料，在最大粒徑、最小強度、級配要求等方面控制再生料的技術指標，并對再生料的施工要求、質量控制等提出了明確參數，有效控制填筑質量以達到設計要求，從而減少砂石料的用量，同時也避免了混凝土廢料外運、堆放時的占地、污染等環境問題，有效推進了合理開發和集約高效利用資源、實現可持續發展的戰略目標。