舊水泥混凝土路面微裂破碎改造施工技術研究

徐勝堂 王子然

（1.信陽市公路事業發展中心，河南 信陽 464000；2.鄭州大學水利科學與工程學院，河南 鄭州 450001）

0 引言

“白改黑”施工工藝能夠很好地利用原有路面的結構強度，不產生過多的建筑垃圾［1］。“白加黑”路面改造的技術難題是如何減輕舊水泥混凝土路面存在的各種病害，如加鋪后瀝青混凝土路面結構層反射裂縫和溫縮裂縫的產生。水泥混凝土路面微裂破碎技術既能起到打裂壓穩的作用，同時可以有效消除原有路面的局部病害，充分利用原有路面結構的剩余強度，達到柔性基層的使用要求，在處理后的水泥路面上直接加鋪瀝青面層，可以有效解決反射裂縫病害問題，具有良好的推廣應用價值［2］。

1 工程概況

針對河南省某地級市國道路段進行試驗路段現場數據采集分析。該路為二級公路，改造路段全長13 km，樁號為K920+800～K933+800。舊路為水泥混凝土剛性路面，路基全寬15 m，路面板寬度12 m 的雙向兩車道。該路段交通量等級為重度交通，原路面平均彎沉值Ld=10（0.01 mm），原路面的當量回彈模量為1 025.1 MPa。現有的水泥混凝土路段重車超載較為嚴重，路面主要的病害形式為斷板、破碎、板底脫空、錯臺、沉陷、唧泥等。傳統的“白加黑”路面改造過程中，通常將水泥混凝土面板打碎成均勻的碎石，碾壓成型，作為路基底基層使用。本次試驗路段采用新型技術方案，即微裂破碎技術對原有混凝土路面進行改造加鋪，將原有老路破碎擊實成均勻的板塊，采用注漿技術穩定各路面結構層。

1.1 工程路面病害產生的原因分析

混凝土面板的橫向裂縫和縱向裂縫、破碎、脫空板、瀝青面層與混凝土基層黏結強度不足是舊混凝土路面和改造后的瀝青路面最為嚴重的幾種病害。其中裂縫是由于行車荷載、路面材料以及雨水環境等綜合因素引起的，裂縫隨著時間的增加逐漸加重［3］。瀝青面層與混凝土基層黏結強度不足是由于高溫條件下黏結層材料的穩定性較差或者材料本身強度不足，或防水層與瀝青混凝土面層黏結力較弱或者防水層與混凝土基層黏結力較弱［4-5］。

1.2 傳統路面病害處治措施

反射裂縫的預防措施有：調整加鋪層厚度、改變加鋪層組合設計、不同結構層材料之間設置黏結性較好的薄層、設置裂縫緩減層等；脫空常用的處理方法有板底壓漿法和直接換板法；水泥混凝土路面板接縫的處治常采用聚硫橡膠和聚氨脂之類的高彈性填縫材料或采用防水卷材對板縫進行處治［6-7］。

2 水泥路面微裂破碎施工技術方案設計

2.1 施工準備

首先，對原有老路的路況進行調查，并且評定相應路段的破壞等級。其次采用彎沉檢測設備對老路進行彎沉檢測，獲取對應路段的彎沉數據及回彈模量。最后，通過探坑的選取與挖掘，對原有老路的路面結構層進行探查，采用PFWD 彎沉設備對各路面結構層的彎沉及回彈模量進行數據采集［8］。

2.2 施工技術

微裂破碎技術指的是直接破碎再生舊水泥混凝土路面板，使得板塊開裂寬度為0.1～0.3 mm，以受力點為中心呈發散式破碎［9］。根據本工程實際路況，設計如下具體實施工藝步驟。首先沿水泥混凝土路面板的兩邊夯擊，重錘下落高度和單點位夯擊次數以凹槽深度和面板開裂塊度為準，并且每塊板四個板角均需要碎石化夯擊，開裂寬度不得超過1 mm；后沿板塊中央進行碎石化處理。其次，行車道外側水泥混凝土路面板，硬路肩未挖除路段直接采用滿夯方式對整塊外側水泥面板進行碎石化夯擊；硬路肩已挖除路段，外側水泥面板橫向距挖除的硬路肩0.5 m范圍內不得擊打；內側水泥面板直接采用滿夯方式擊打，夯擊標準同上。最后，碎石化結束后開放交通，通車碾壓一周后，清掃碎石塵屑。路面碎石化檢測合格后，加鋪水泥穩定碎石層與瀝青面層。

2.3 工程預案

在施工過程中，為了消除路基施工后產生沉降，提高路基承載力，加強路基荷載作用區范圍內的排水性能，達到表面裂而不碎、板塊穩而不平的效果［4］，采取的處理措施有以下3 個方面。一是微裂破碎時，控制好重錘的高度，每個點位落錘精準；微裂破碎后，若路面結構的強度和穩定性不能滿足要求，應采取換板措施。二是碎石化后，消除表面不穩定的板塊，并進行彎沉檢測，對彎沉指標過低的路段，進行注漿補強。三是對不穩定的基層進行地質雷達檢測，增補碎石化，加強擠密作用。四是處治合格后采用細粒式瀝青混凝土對錯臺、沉陷區域進行填補、找平壓實后，清掃表面碎石。

3 案例分析

3.1 改造加鋪

如圖1 所示，原有老路路面結構為：26 cm 厚水泥混凝土面層+土基；本改建方案為：4 cm 厚細粒式瀝青混凝土（AC-13）上面層+4 cm 厚中粒式瀝青混凝土（AC-16）+26 cm 厚水泥混凝土微裂破碎再生。此方案優點：改造簡便、強度較高、節約造價、老路利用率高、節省能源、減少了固體垃圾排放。本研究針對該路段中舊水泥混凝土路面的再生利用問題，采用微裂破碎再生技術解決工程項目中的技術難題。為更好地應用該技術，選取路面破壞較嚴重路段：樁號為K920+800～K921+100，根據上文所述具體步驟對水泥混凝土路面微裂破碎。混凝土路面微裂破碎后加鋪4 cm 細粒式瀝青混凝土（AC-13）上面層和4 cm 中粒式瀝青混凝土（AC-16）下面層。該路段交通等級為重度交通，年平均日交通量7 818輛/天。

圖1 舊水泥混凝土路面結構層（舊路）（單位：cm）

3.2 結果對比

本次施工前后兩次彎沉檢測均由丹麥Carl Bro公司生產的落錘彎沉儀（FWD）完成，圖4 所示彎沉檢測數據為樁號K920+800～K900+820 左幅超車道，選取200 m 彎沉檢測數據進行對比分析，彎沉檢測以每2 m 一個點位，共100 個點位［10-12］。通過圖2 與圖3 的對比及圖4 所示兩次彎沉檢測數據對比可以得到以下結果。

圖2 微裂破碎（改造中）

圖3 改造加鋪（通車后）

圖4 水泥混凝土路面板改造前后彎沉數據對比

①微裂式破碎在舊水泥混凝土路面板再生利用方面具有極高的利用率。

②經過微裂式破碎的水泥混凝土路面板通過注漿技術加固穩定后，能夠很好地保證水泥混凝土路面的強度、剛度、穩定性。

③舊路改造前彎沉檢測數據較為離散，相鄰兩點之間彎沉數據差別較大；改造后彎沉檢測數據較為連續，相鄰兩點之間彎沉檢測數據相差較小。

④通過對比，明顯發現舊路改造前彎沉檢測數據整體比改造后的彎沉檢測數據高出10～20（0.01 mm）。

本次施工采用LTD 探地雷達對該路段進行雷達數據檢測，該路段注漿前后地質雷達圖見圖5、圖6可知。

圖5 地質雷達探測圖（補強前）

圖6 地質雷達探測圖（補強后）

①對圖5 與圖6 地質雷達圖進行比較，采用注漿填補面層、基層和底基層等層間縫隙，使各層間縫隙得到良好的填充。

②通過研究發現，填充注漿材料使得原本松散的基層更加密實。

③注漿材料的黏結性使得路面結構層更加穩定，板塊與板塊之間貼合得更加緊密。

4 結論

本試驗路段主要針對微裂式破碎施工技術、注漿技術進行研究，并對彎沉檢測數據與地質雷達檢測圖像進行了詳細的數據分析，得出以下結論。

①在微裂式破碎技術與注漿技術的綜合作用下，能夠有效地處理基層松散、基層破碎、基層脫空等常見病害，對于各路面結構層間黏結性也有很大的提高。

②采用微裂式破碎技術與注漿技術，對降低反射裂縫應力作用十分明顯。

③由于微裂破碎導致基層裂縫較為普遍，注漿材料起到填充縫隙和增強板塊之間的黏結性的作用。

④通過彎沉檢測，可以有效地了解試驗路段的承載力強弱的具體情況。

⑤對施工前后彎沉數據進行比較表明，微裂破碎后水泥混凝土結構層作為基層時，路基承載能力良好。

⑥采用微裂式破碎施工技術能夠極大地提高老路利用率，在舊路再生利用與新施工工藝研究方面具有重要的意義，既提高了路面的使用性能又減少了固體垃圾的排放，而且施工方案經濟可靠。