水泥混凝土路面断板碎石化改造技术探讨

邓 超

(广西壮族自治区合浦公路管理局，广西 北海 536000)

0 引言

现代水泥混凝土道路改造中，碎石化技术凭借着工艺简单、节能环保等诸多优点得到了广泛应用，其主要是通过对原有路面进行均匀冲击、破碎、压实后，为加铺沥青混凝土路面提供坚实、安全的基础。水泥混凝土路面碎石化改造，可有效解决加铺层反射裂缝问题，此技术经济、实用、高效，具有推广应用价值。

1 水泥混凝土路面碎石化技术

1.1 技术原理

目前，国内常用的破碎改建旧混凝土路面技术主要有三种，分别是打(断)裂压稳、冲击碾压、碎石化。现场碎石化处理技术的出现比前两种技术晚，其原理主要是利用破碎设备对原有混凝土路面进行均匀冲击、破碎、压实，获得“高强粒料基层”，切实将温度、湿度变化和荷载作用下的位移值降到沥青面层允许范围内，彻底解决反射裂缝。

旧水泥混凝土路面经过碎石化破碎后，不同深度板块颗粒粒径是不同的，上部较小、下部较大，破碎后形成的裂纹不会竖向贯穿，形成裂而不碎的嵌锁效果，由此为加铺沥青路面提供了一个柔性基层结构，切实避免了旧混凝土板块边角沉降、裂缝对面层的应力影响，可在一定程度上改善路面性能指标。

1.2 技术类型

碎石化的设备主要分为两种：(1)多头冲击式破碎机，Multiple-Head Breaker简称MHB，主要分为12个、16个重锤两种，通过控制重锤落锤高度，实现对混凝土路面的冲击破碎；(2)单头共振式破碎机，Resonant Pavement Breaker简称RPB，通过控制锤头振动频率，使其与水泥面板固有频率相接近，借助共振获得较好的击碎效果。

图1 两种破碎方式效果比较图

如图1所示即为两种破碎方式效果比较图。与多锤头破碎机相比，共振破碎可获得更加均匀的碎石，具体需根据道路改造实际情况合理选择破碎设备。在进行道路碎石化施工时，要注意合理设置排水系统，在路面边缘、路肩下设300～500 mm碎石排水沟，切实保证路基材料干燥，为路面加铺奠定坚实的基础。

2 水泥混凝土路面碎石化改造技术的适用范围

2.1 适用范围

确定碎石化适宜条件是合理使用这种方法的前提，一般而言，水泥混凝土路面出现下列情况时可以考虑使用水泥混凝土路面碎石化改造技术：

(1)旧水泥混凝土路面施工缝位置，存在大量不规则反射裂逢；

(2)大部分接缝存在路面错台、路基翻浆、角隅处断裂等病害；

(3)>1/4水泥混凝土板存在裂缝；

(4)>1/5水泥混凝土路面出现纵向裂缝病害，缝宽>10 cm；

(5)路面结构层病害外修面积>10%；

(6)现有路面病害修补1/5或己有病害>1/5；

(7)现有路面已发生冻胀开裂或碱集料反应病害，需改建维修；

(8)经技术经济比较，碎石化方法在投资方面更加节省。

2.2 不适用范围

若是出现下列情况，不宜采用碎石化改造技术：

(1)旧水泥路面改造中，存在挡墙、桥梁、涵洞承载力无法满足再生设备施工要求的情况；

(2)旧水泥道路附近存在敏感建筑物或设备(安全距离<5 m)，无法满足再生设备施工要求；

(3)路面以上存在净空限制情况，不允许加铺路面。

3 实例探析

3.1 工程概况

本项目路线位于G325线广州至南宁二级公路合浦县境内，分为三段：第一段山口至白沙段桩号为K561+600～K567+000；第二段白沙至公馆段桩号为K568+770～K574+500；第三段公馆至闸口桩号为K583+710～K589+580。路面大修工程总里程17.00 km，全路段设计行车速度60 km/h，路基宽10 m，行车道路面K561+600～K561+900段宽7.5 m，其他路段宽9 m，双向两车道。

G325线广州至南宁二级公路合浦段是广东通往广西沿海的交通要道，也是广西公路网中重要的运输动脉。由于广西的经济开发建设，经此路段的运输重车日益增多，且多为超重车辆，导致路面出现了各种病害，给公路的正常运营管理和安全带来了影响，同时也给路面日常养护工作带来了巨大的压力。根据广西壮族自治区公路管理局的工作安排，拟对该路段路面开展大修。

3.2 原有路面病害调查

3.2.1 路面病害情况

此路段是在1990年改建的，铺筑的路面结构为20 cm天然砂砾土垫层+20 cm石灰稳定土基层+3 cm沥青碎石面层。2010年在旧路面的基础上加铺厚20 cm水泥稳定碎石层+1 cm沥青封层+26 cm水泥路面面层。由于近几年来，该路段过往交通量增长极快，且交通量中以超重车居多，导致路面出现了唧泥、错台、沉陷、翻浆、破碎板、板角断裂等病害。根据《公路技术状况评定标准》规定计算，路面使用性能指数(PQI)为71.66。

3.2.2 路面病害原因

本项目主要的病害是水泥混凝土面板出现唧泥、错台、沉陷、翻浆、破碎板、板角断裂等。此类病害产生原因为混凝土板、基层、路基缺陷，一方面是设计、施工质量问题所致，另一方面则是行车和各自然因素作用所致，以水和超重荷载为主。

(1)大量水渗入路面结构，一方面向路基渗透，导致道路承载力下降；另一方面积滞在基层顶面，在行车荷载下形成高压水流，对基层顶面材料进行冲刷，引发路面唧泥、错台乃至于脱空、板块断裂等问题。

(2)路段内超载车辆在当日交通量中占比达到1/4～1/3，单轴双轮车辆额定轴载为100 kN，实际总载重200～350 kN，双轴双轮车辆额定轴载为180 kN，实际总轴载280～600 kN，三轴双轮车辆额定轴载为220 kN，实际轴载500～900 kN。超载现象十分严重，导致混凝土板块疲劳，形成水泥板断裂、破碎，使用年限大大的缩短。

(3)养护灌缝不及时，路面缩缝、胀缝、施工缝材料老化松脱，如果不及时更新填缝料，以致于路面水渗入，冲刷基层，软化路基，进而产生板底脱空，导致边角损坏，混凝土板开裂，若仍不及时进行修补，任凭病害发展，小病害不修，愈演愈烈，直至不可收拾。

3.3 路面大修方案

本项目为水泥路面大修，鉴于路段内破碎板较多，错台量较高，结合以往项目的成功经验和经方案比较，鉴于碎石化+沥青混凝土路面对旧路面病害处理较好，变形协调性强，对路基不均匀沉降比较适应，平整度好，行车舒适、抗滑性好，施工养护维修方便，结构排水较好、施工对交通影响小、工程造价低，拟采用路面大修方案：碎石化旧混凝土路面或病害处治后旧路面+级配碎石基层+热沥青封层+沥青混凝土面层。

K564+100～K564+500段为石场及重车出入路口，K568+770～K570+200路段为白沙过境路段，这两段路采用的路面大修方案是：碎石化旧混凝土路面或病害处理+20 cm水泥稳定碎石基层+1.0 cm沥青封油层+26 cm水泥混凝上面层。

K561+900～K562+200(水东村)、K570+200～K570+500(五里牌村)、K585+500～K586+200、K589+400～K589+580(水泥厂、蛇地村路段)沿线不抬高路面，采用的路面大修方案为：挖旧混凝土路面47 cm+20 cm贫混凝土+1 cm热沥青封层+26 cm水泥混凝土面层+1 cm热沥青封层+7 cm沥青混凝土。

3.4 旧混凝土路面碎石化施工要点

本项目旧水泥混凝土路面采用碎石化技术，碎石化主要设备为MHB(Multiple Head Breaker)多锤头破碎机和Z型压路机，具体施工要点如下：

3.4.1 构造物调查与保护

碎石化施工存在冲击波，为防止其对周边构筑物产生威胁，必须做好相关调查与标记工作，记录好结构物平面位置、走向埋深等。碎石化施工要求如表1所示：

表1 不同埋深/距离构造物碎石化施工要求表

3.4.2 横向排水盲沟设置

在进行碎石化施工前，需设置好横向排水盲沟。具体设置区域为：凹形竖曲线、现有混凝土板块明显唧泥、平曲线超高段低边、其他存在排水问题的路段；每段旧路完成碎石化施工后，做好临时防水，防止雨水侵入。

3.4.3 现有沥青修补材料移除

为保证碎石化施工质量，需将混凝土板块上沥青表面修补材料全部移除。

3.4.4 交通管制与分流

碎石化施工前，制定交通管制与分流方案，满足通车、施工要求。

3.4.5 碎石化施工

在开展大面积碎石化施工时，若是单幅路面长度破碎>1 km时，在破碎粒径突变处需采取挖试坑抽检的方法，对粒径进行验证，若是与要求不符则需开展合理调整。

碎石化施工后表面凹处≤10 cm×10 cm，压实前以密级配碎石回填；若>10 cm×10 cm，以3%水泥稳定碎石回填。碎石化前后的水泥路面裂缝可回填石屑以增加密实度及强度。

旧路碎石化后应检测回弹弯沉，以验证碎石化后旧路顶面当量回弹模量是否达到设计要求。

3.5 旧混凝土路面碎石化施工质量监控与检验

3.5.1 试验段与正式施工监控

在进行旧混凝土路面碎石化施工前，需开展试验段的施工，通过试验路段破碎试验，全面掌握破碎后粒径分布、强度、均匀度的情况，以此为参考确定正式施工时破碎设备的控制参数；在进行正式施工时，需做好监控工作，全面掌握混凝土板表面破碎状况，若是某施工路段表面粒径出现显著变化，必须做好开挖试坑检查，若是与要求不符，必须对设备控制参数进行合理调整，直至满足要求。

3.5.2 碎石化层的质量检验评定

碎石化层的质量检验评定标准应符合表2规定。

3.5.3 路面弯沉值检测

完成旧水泥路面破碎、碾压密实后，检测路面弯沉值。根据测出的弯沉情况，计算补强厚度，根据计算在旧路面上采用不同形式的加铺结构层。

表2 水泥混凝土路面碎石化后作底基层时的检查验收标准表

4 结语

我国面临大量水泥混凝土路面病害问题(如：局部破损、早期接缝破坏、断板、断角等)，如何开展高效、高质量的维修改建，保证其交通功能，提高路面的服务水平已经成为当务之急。碎石化技术是水泥混凝土改造工程中的常用技术，在工程项目中需根据实际情况合理选择破碎设备，做好构造物调查与标记、交通管制、排水设施设置等诸多工作，切实保证碎石化层质量满足要求，为后续施工作业奠定坚实基础。