公路工程舊水泥路面共振破碎技術(shù)的應(yīng)用

摘要 為延長公路路面使用壽命，減少舊水泥路面病害對行車安全的影響。文章基于某公路工程，對舊水泥路面治理中的“共振破碎”技術(shù)的應(yīng)用展開研究，旨在突出“共振破碎”工藝在修補(bǔ)、治理舊水泥路面等方面的技術(shù)優(yōu)勢，明確水泥路面共振破碎施工要點(diǎn)，改善公路整體性能，提升公路行車安全，促進(jìn)我國城市交通事業(yè)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞 共振破碎技術(shù)；公路水泥路面；舊路改造；施工技術(shù)

中圖分類號 U416.216;U418.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0137-03

0 引言

水泥路面在傳統(tǒng)公路工程中應(yīng)用較為廣泛，其具有耐高溫、高強(qiáng)度、耐磨損、成本低等優(yōu)勢。但隨著城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市交通量增大，車輛荷載持續(xù)升高，早期水泥路面病害逐漸暴露，出現(xiàn)較多斷裂、剝落等問題，嚴(yán)重影響著公路運(yùn)營安全。直接鋪筑瀝青混凝土的成本較高，且加鋪面的反射裂縫風(fēng)險大。因此，可采用路面共振破碎技術(shù)，碎石化處理舊水泥路面后，治理路面病害，節(jié)約施工成本，保障舊水泥路面改造效果。

1 工程概況

某普通國省干線公路。大修路段位于S107（S105）K165+000～K183+310段，計劃里程18.31 km，實測樁號范圍為K165+000～K183+465.774，實際里程18.466 km。大修實施起點(diǎn)樁號為K165+000，止點(diǎn)樁號為K183+465.774，全路段為三級公路，設(shè)計時速30 km/h，路基寬度7.5 m，路面寬度6.5 km，路面為水泥混凝土結(jié)構(gòu)。

原路面結(jié)構(gòu)大致分為兩類：K165+000～K171+600段為22 cm水泥混凝土面層+20 cm水泥穩(wěn)定碎礫石基層，K171+600～K183+465.774段為22 cm水泥混凝土面層+9 cm老路瀝青混凝土路面層+老路基層。2009～2010年項目建成、投入運(yùn)營后部分路面出現(xiàn)破損現(xiàn)象，路基局部垮塌造成路面脫空，影響到了公路的正常服務(wù)水平，為進(jìn)一步帶動公路沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展，需及時修整路面結(jié)構(gòu)，確保公路安全運(yùn)營。

2 公路工程舊水泥路面病害情況

2.1 路面斷裂

通過工程勘測、破損調(diào)查，該項目水泥路面存在“路面斷裂”情況，表現(xiàn)為縱橫向裂縫、交叉裂縫等，占總路面板總數(shù)的9%以上。行車道路面斷裂病害多于超車道，主要病害為脫空、斷裂，部分接縫碎裂。

路面斷裂主要包括類別：（1）路面垂直中心線、斜線存在橫向、斜向裂縫；（2）路面平行線、平行中心線伴有縱向裂縫；（3）部分區(qū)域存在2條、2條以上的交叉裂縫，面板斷裂情況嚴(yán)重。路面斷裂是行車道、超車道主要病害，具體斷裂數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（JTG D40—2011）、《 公 路 水 泥 混 凝 土 路 面 養(yǎng) 護(hù) 技 術(shù) 規(guī)范》（JTJ 073.1—2001）等規(guī)范可知，項目水泥路面破損等級評定情況如下：（1）全線統(tǒng)計路面斷裂情況為11.6%，等級評定為次；（2）左幅行車道為7.2，破損評價等級為中等，左幅超車道為11.8.6%，等級評定為次；（3）右幅行車道斷裂率為12.1%，等級評定為次，右幅超車道13.1%，等級評定為次。

基于以上規(guī)范的要求，高速公路、一級公路路面破損情況為中等、次等級時，應(yīng)對路面進(jìn)行改造維修，移除破裂板塊、重建路面，修補(bǔ)斷裂面[1]。因此，綜合分析該項目斷裂率可知，該項目需要采用共振破損技術(shù)治理路面破損情況，符合改造要求。

2.2 路面脫空

基于《 公 路 水 泥 混 凝 土 路 面 養(yǎng) 護(hù) 技 術(shù) 規(guī) 范》（JTJ"073.1—2001）要求，路面結(jié)構(gòu)彎沉值超過0.2 mm時，可判定該區(qū)域為脫空病害。通過統(tǒng)計沿線路面脫空情況可知，項目全線脫空率為20.98%，車道中左幅行車道脫空率最大，左幅超車道最小，具體情況如表2所示。

3 公路工程舊水泥路面共振破碎施工方案

共振破損技術(shù)是基于“共振”原理，利用破損機(jī)械震碎水泥路面板，使路面成為上下層相互嵌合的碎石層，后通過碾壓，使其形成整體結(jié)構(gòu)，避免水泥路面板斷裂區(qū)域持續(xù)位移，有助于預(yù)防板間接縫的反射風(fēng)險[2]。項目舊水泥路面路況差，重新鋪筑瀝青混凝土路面成本大，且對既有路面病害的治理效果不佳，因此，擬采用共振破損加鋪瀝青面層施工工藝。

基本思路是采用共振破碎技術(shù)，碎石化處理舊水泥路面。碎石化處理后，路面基層強(qiáng)度減弱，應(yīng)在補(bǔ)強(qiáng)后，鋪筑面層，改造路面結(jié)構(gòu)。改造后的路面結(jié)構(gòu)為：1）上面層：44 cm細(xì)粒式SBS改性瀝青混凝土（AC-13C）。2）下面層：5 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20C）。3）基層。20 cm厚5%水泥穩(wěn)定碎石基層+20 cm厚4%水泥穩(wěn)定碎石基層。4）底基層：20 cm厚4％水泥穩(wěn)定碎石底基層。5）調(diào)平層：改性乳化瀝青黏層。底基層：原混凝土路面底基層（共振破碎壓實）。

（1）路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)取1.6時，路面設(shè)計彎沉值為50.0（0.01 mm）；路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)取1.0時，路面設(shè)計彎沉值為36.0（0.01 mm）。

（2）根據(jù)《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》（JTG/T F31-2014），原水泥混凝土路面共振碎石化壓實后路面頂面當(dāng)量回彈模量預(yù)估代表值取180 MPa；完好的水泥混凝土頂面當(dāng)量回彈模量預(yù)估代表值取400 MPa。

（3）計算時采用的材料參數(shù)見表3。

4 公路工程舊水泥路面共振破碎施工要點(diǎn)

4.1 路面前期處理

（1）清理舊水泥路面瀝青面層。銑刨機(jī)銑刨路面，去除舊水泥路面混合料，確保后期共振破損效果。既有混合料補(bǔ)塊可用風(fēng)鎬移除，填筑水泥混凝土，全面填補(bǔ)后，沿線碎石處理。

（2）保持路面干燥，為預(yù)防雨水侵蝕，應(yīng)在碎石化后，塑料布遮蓋破碎路面段，設(shè)置橫向、縱向排水。

（3）沿線橋梁連接段，標(biāo)記需共振破碎的路面位置，布設(shè)“減震溝”共振破碎，破碎區(qū)域可延伸至橋頭搭板后端[3]。

（4）調(diào)查、標(biāo)記沿線隱蔽工程。如地下管線、地下建筑物，確認(rèn)共振破碎施工對既有構(gòu)筑物的影響。填土高度大于1 m時，共振破碎影響小。填土高度小于1 m時，共振破碎影響較大，應(yīng)提前人工碎裂路面結(jié)構(gòu)，后實施共振碎石。

（5）沿線路面、路面斜坡需保留路面結(jié)構(gòu)，應(yīng)垂直鋸縫，隔離共振破碎面。后清理路緣帶、路面區(qū)域污染物，去除雜物。

（6）沿線包含軟弱基層，錯臺、翻漿病害路段時，共振碎石前，應(yīng)移除路面板，開挖軟弱基層，開挖至穩(wěn)定區(qū)域，回填路基填料，壓實，加鋪水泥混凝土板，承載力、穩(wěn)定性、彎沉值等性能指標(biāo)符合要求后，全線實施共振破損工藝[4]。

4.2 排水施工

（1）共振破碎前，設(shè)置、修復(fù)舊水泥路面結(jié)構(gòu)中的排水、防水設(shè)施，完善排水系統(tǒng)。

（2）排水系統(tǒng)相對完善，無破損時，應(yīng)檢查、評估排水效果，疏通排水設(shè)施。破損嚴(yán)重時，應(yīng)重新設(shè)置排水溝、隔水板、排水管等設(shè)施。對于共振破碎路段，排水設(shè)置需求為路緣排水、路面排水，應(yīng)設(shè)置橫縱向排水管、集水溝、過濾設(shè)備。縱向帶孔集水管宜采用高密度塑料管、PVC塑料管，縱向排水管坡度與路線縱坡一致。

（3）路緣排水溝應(yīng)回填透水性良好的碎石，溝底設(shè)置反濾織物。橫向排水不設(shè)孔，管徑、集水管相同，間距50～100 m。排水設(shè)置時間為共振破碎施工前2～4周，注意保持排水通暢。

4.3 共振破碎施工

（1）采用共振頻率大于40 Hz的高頻低幅共振破碎機(jī)，配置吸塵、除塵裝置。根據(jù)舊水泥路面共振破碎要求，設(shè)置共振頻率、施工速度等參數(shù)，如表4所示。

（2）明確標(biāo)記現(xiàn)場既有構(gòu)筑物，共振破碎施工應(yīng)與構(gòu)筑物保持安全距離。構(gòu)筑物埋深為0.5～0.8 m或小于0.5 m時，慎用、不用共振碎石工藝。周圍建筑物、路肩水平距離為1～5 m或小于1 m時，慎用、不用該工藝[5]。

（3）組織專人負(fù)責(zé)共振破碎機(jī)械操作，2～3人現(xiàn)場協(xié)助。施工前，做好揚(yáng)塵控制，提前灑水，共振破碎時間、灑水時間間隔小于30 min。

（4）嚴(yán)格按照共振破碎施工順序碎石化處理舊水泥路面。應(yīng)沿硬路肩邊緣自外向內(nèi)，依次共振破碎路面。路緣側(cè)向約束力較小，破碎效率高。相鄰車道沿縱縫已切割后，可自縫隙區(qū)域，自內(nèi)向外共振破碎。碎石化處理寬度為20 cm/次，車道寬度為3.5 m左右，每車道共振破碎次數(shù)為18次，相鄰碎石化區(qū)域包含2～5 cm重疊區(qū)域。

（5）外車道邊緣、內(nèi)車道靠中央分隔帶邊緣設(shè)有路緣石，共振碎石可預(yù)留50～70 cm距離，調(diào)整共振設(shè)備角度，重新縱向破碎，實際破碎寬度應(yīng)大于車道寬度15 cm。局部路面結(jié)構(gòu)含有鋼筋，或連續(xù)配筋路面結(jié)構(gòu)、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)，共振破碎前應(yīng)縱向切割道路，適當(dāng)增加振幅、振動頻率、減慢振動速度。

（6）共振碎石施工過程中，實時采集沿線敏感構(gòu)筑物，發(fā)現(xiàn)異常位移、開裂情況后應(yīng)及時處理。為減少共振振動力對建筑物、既有地下構(gòu)筑物的影響，可開挖0.5 m×1.5 m隔振溝隔振，或在敏感區(qū)域，調(diào)小振幅、振動頻率，提升行進(jìn)速度。

最后，檢查共振破損后舊水泥路面碎石粒徑，碎石粒徑不符合要求時，應(yīng)人工破碎修整路面，移除碎石塊或人工破碎。移除大粒徑碎石后，可替換相同粒徑碎石。

4.4 路面壓實

碎石化處理舊水泥路面后，應(yīng)用18 t單鋼輪振動壓路機(jī)、輪胎壓路機(jī)處理碎石路面。配合水車灑水、降塵后進(jìn)行碾壓作業(yè)。壓實目的是破碎大粒徑碎石塊，使路面碎石空隙變小，提升結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其形成整體。

（1）破碎后舊水泥路面不得碎石擾動，應(yīng)在保持破碎原樣的基礎(chǔ)上，應(yīng)用壓路機(jī)壓實。壓實次數(shù)為3～4遍，初壓1遍，復(fù)壓2遍，終壓2遍。碾壓速度2.5～3 km/h，軌跡重疊1/3～1/2輪寬。

（2）壓實過程中，人工整平路面不平整區(qū)域。項目采用12 t光輪壓路機(jī)進(jìn)行碾壓作業(yè)，碾壓次數(shù)3遍，碾壓操作保持勻速，碾壓后碎石路面密實，均勻，大粒徑碎石破碎效果明顯。

（3）舊水泥路面直線、不設(shè)超高平曲線區(qū)域，可從兩側(cè)路肩向路中心線碾壓。設(shè)超高平曲線區(qū)域，自內(nèi)向外側(cè)路肩進(jìn)行碾壓作業(yè)。路面加寬、港灣式停車帶等區(qū)域，可更換碾壓次數(shù)，補(bǔ)充碾壓。如使用自重1～2 t小型振動壓路機(jī)、振動夯板補(bǔ)充碾壓，確保路面沿線全部碾壓到位。

4.5 路面鋪裝

4.5.1 灑布乳化瀝青

共振破碎處理舊水泥路面后，將路面結(jié)構(gòu)壓實為整體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后灑布乳化瀝青透層。

（1）灑布乳化瀝青透層可黏結(jié)上下面層，使已破碎水泥顆粒、碎石顆粒黏結(jié)力提升。

（2）乳化瀝青透層能夠提升碎石層整體性、防水性，改善路面結(jié)構(gòu)安全性能。

項目采用液體瀝青、乳化瀝青，液體瀝青用量為1.0～2.3 L/m2，乳化瀝青用量為1.0～2 L/m2，灑布時應(yīng)保持瀝青材料灑布均勻。碎石處理舊水泥路面后，路表面形成松散層，松散層可利用小粒徑碎石填充下層破碎層不均勻沉降縫隙，自適應(yīng)路面荷載，吸收路面應(yīng)力。灑布乳化瀝青后，可從面層開始將松散層黏結(jié)為整體，碾壓后平整舊水泥路面，使路面結(jié)構(gòu)中各層顆粒嵌擠緊密，灑布結(jié)束后立即鋪撒透層油，透層油滲透深度大于1 cm。

4.5.2 鋪撒石屑

鋪撒透層油后，路面攤鋪1 cm厚石屑，使其吸收下層不均勻沉降，消除反射裂縫，平衡路面應(yīng)力，灑石后再次碾壓，提升路面平整度?？刹捎?0～25 t光輪壓路機(jī)，碾壓速度3～4 km/h。

4.6 共振破碎技術(shù)應(yīng)用效果分析

舊水泥路面采用共振碎石工藝治理后，對路面結(jié)構(gòu)平整度、彎沉檢測實施檢測，以分析共振破損技術(shù)應(yīng)用效果。

（1）平整度檢測時，每200 m設(shè)1處測點(diǎn)，允許偏差不大于20 mm，檢測數(shù)據(jù)如表5所示。

（2）采用落錘式彎沉值檢測，每1 km設(shè)40測點(diǎn)。代表彎沉值應(yīng)小于容許彎沉值65.6 mm。

代表彎沉值計算公式為：Lr=l+Za×S[6]。Lr為代表彎沉代表值（0.1 mm），l為實測彎沉平均值（0.1 mm），S為實測彎沉值標(biāo)準(zhǔn)差，Za為保證系數(shù)，取值1.645，檢測數(shù)據(jù)如表6所示。

如表6所示，檢測區(qū)域彎沉值平均值、代表彎沉值均小于容許彎沉值，表示共振破碎施工效果良好，滿足規(guī)范要求。因此，在舊水泥路面改造、病害治理中，可采用共振碎石化技術(shù)處理水泥路面。

5 結(jié)語

綜上所述，公路舊水泥路面改造中，共振碎石技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢較為突出，可預(yù)防水泥路面鋪裝后反射裂縫風(fēng)險，改善路面性能，提升既有路面材料利用率。因此，在公路工程路面病害治理中，相關(guān)人員應(yīng)積極推廣應(yīng)用共振破碎工藝，但在應(yīng)用共振碎石技術(shù)時，還應(yīng)提前調(diào)查舊水泥路面病害問題，采集完整病害數(shù)據(jù)，結(jié)合實際情況，靈活運(yùn)用共振碎石工藝，有效治理舊水泥路面，使其穩(wěn)定性、安全性符合公路運(yùn)營要求。

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收稿日期：2024-03-28

作者簡介：廖波（1976—），男，本科，工程師，目前從事工程管理工作。