碎石化技术修复旧水泥混凝土路面效果分析

邓有琛

摘要：文章依托S207线桂平至铁山港公路旧水泥路面碎石化修复工程，分析碎石化技术的应用效果，根据旧水泥路面中修维修方案，通过试验确定加铺层底拉应力及路表弯沉比，并对比分析共振碎石化技术与多锤头碎石化技术的处治效果，两种施工方案均达到了预期效果，而碎石化技术维修效果略好。

关键词：碎石化技术;旧水泥混凝土路面;中修;层底拉应力;路表弯沉值

0 引言

碎石化技术是旧水泥混凝土路面的一种处治技术，常用于进行路面大中修改造。该技术是使用专用设备将旧混凝土面板破碎成粒径较小的颗粒，形成力学性能接近级配碎石的柔性结构层。通过将混凝土路面破碎成均匀的颗粒，压实后形成一个稳定的结构层。虽然该技术损失了原路面结构的部分强度和整体性，但可以减少温度、湿度、车辆荷载作用对路面结构的影响，减缓路面裂缝的产生和发展。

常用的碎石化设备有多锤头类设备和共振式设备，其中共振式碎石化设备破碎效果好，粒径小，但对原路面结构的强度损失也较大，必须在上部加铺路面结构层。多锤头碎石化技术防治反射裂缝效果好，但其强大的冲击力会对下部结构层造成影响，应设置水稳基层进行补强。美国从20世纪70年代开始将碎石化技术应用到水泥混凝土路面病害养护中。一般碎石化处理后的水泥路面上会加铺沥青面层，形成复合式路面结构。这种碎石化处治技术可有效提高路面使用寿命，预期使用寿命可达到30年。我国于2002年开始在水泥路面维修中应用碎石化技术，早期很多碎石化设备都从美国进口，其中山东省较早，浙江、安徽等省随后开始应用碎石化技术对水泥路面进行改造，并开展了大量“白+黑”试验，很多高校也先后参与到碎石化技术应用的研究中，取得了很多研究成果。S207线桂平至铁山港公路原路面结构为水泥混凝土路面，长时间使用造成路面结构出现了很多病害，拟采用碎石化技术进行维修，并在上部加铺沥青面层。通过对不同路段采取相应的施工方案进行维修改造，本文对比分析共振碎石化技术与多锤头碎石化技术的处治效果，分析说明碎石化技术的可行性。

1 工程概况

S207线桂平至铁山港公路是桂平以及桂东北地区通往沿海的主要通道之一。本次维修路段为K265+360～K269+928.5，全长4.568 5 km，路基宽度为12 m，路面宽度为9 m。原旧路面主要为水泥混凝土路面，其中K267+445～K267+842段为沥青混凝土路面。在所调查的交通量中以超重车辆居多，受其影响上述路段路面出现了车辙、龟裂、裂缝、松散等病害，部分路段也出现了较为明显的坑槽等严重病害，对道路的正常运营、行车安全和养护维修都造成了较大影响。为避免路面病害发展更为严重，以及影响沿线村镇正常运营，进一步完善交通基础配套设施，广西壮族自治区合浦公路养护中心拟对该路段路面进行中修。

2 旧路面中修设计方案

（1）水泥混凝土龟裂路段：过村镇路段采用3 cm厚AC-13细粒式沥青混凝土上面层+熱沥青粘层+4 cm厚AC-16中粒式沥青混凝下面层+1.5 cm厚同步碎石热沥青封油层（两油两料、碎石加热、除尘）+共振碎石化旧路面面层。一般路段采用3 cm厚AC-13细粒式沥青混凝土上面层+热沥青粘层+4 cm厚AC-16中粒式沥青混凝土下面层+1.5 cm厚同步碎石热沥青封油层（两油两料、碎石加热、除尘）+多锤头碎石化旧路面面层。

（2）沥青路面沉陷路段：采用3 cm厚AC-13细粒式沥青混凝土上面层+热沥青粘层+4 cm厚AC-16中粒式沥青混凝土下面层+1.5 cm厚同步碎石热沥青封油层（二油二料、碎石加热、除尘）+挖除旧路沥青路面及基层（平均厚40 cm）回填级配碎石。

（3）过渡路段路面：采用3 cm厚AC-13细粒式沥青混凝土面层+热沥青粘层+旧路面处理。

3 碎石化技术修复效果分析

3.1 沥青加铺层层底拉应力分析

由于在不同路段分别采用多锤头碎石技术和共振碎石技术进行中修养护，沥青加铺层层底拉应力存在较大差异。为了分析养护施工效果，根据路面设计结构，查找规范确定弹性模量、泊松比等指标，计算指标见表1和表2。分别计算沥青层层底压应力，绘制多锤头碎石技术和共振碎石技术沥青加铺层层底拉应力变化曲线如图1所示。

分析图1所示沥青加铺层层底拉应力变化曲线，可以得出采用共振破碎加铺层所产生的层底拉应力明显低于多锤头碎石化加铺层的结论。共振破碎技术加铺层层底拉应力最大值为0.175 MPa，发生在距荷载中心水平距离16 cm处，而多锤头碎石化加铺层层底拉应力最大值为0.23 MPa，发生在荷载中心处。相比之下，共振碎石化加铺层层底拉应力最大值较多锤头破碎化降低了23.9%。

3.2 路表弯沉值分析

选取有代表性的地点，采用贝克曼梁法对路表弯沉值进行检测，收集数据绘制加铺层路表弯沉值变化曲线如图2所示。

分析图2曲线变化情况，可以看出采用共振碎石化处治路段路表弯沉值较小，其最大值为0.89（0.01 mm），发生在距荷载中心水平距离16 cm处。多锤头碎石化处治路段弯沉值最大值为1.13（0.01 mm），较共振碎石化处治路段弯沉值高出了21.2%。

3.3 处治效果对比分析

通过计算旧水泥混凝土路面碎石化处治后的加铺层层底拉应力，采用多锤头碎石技术相对共振碎石技术略高，为0.23 MPa。采用贝克曼梁法检测路表弯沉值，多锤头碎石技术处治后的路表弯沉值较大，为1.13（0.01 mm）。

分析结果表明，共振碎石化技术处治后的沥青加铺层层底拉应力和路表弯沉值均较小，这主要是因为采用共振碎石化技术破碎后的旧水泥混凝土面层板块裂缝较整齐，倾斜向上，呈现“裂而不碎”的状态，强度损失较小。而在竖向荷载的作用下，多锤头碎石化技术处治后的水泥混凝土面层会产生很多不规则的裂缝，强度损失较大。因此，在综合考虑修复后路面结构极限承受能力和总体刚度的情况下，采取共振碎石化技术处治后的路面结构稳定性更好。

4 结语

本文结合S207线桂平至铁山港公路旧水泥路面碎石化修复工程，对比分析共振碎石化技术与多锤头碎石化技术的处治效果，并通过计算和试验检测确定加铺层底拉应力及路表弯沉比，得出以下结论：

（1）分析碎石化处治后的沥青加铺层层底拉应力变化曲线，采用共振破碎技术处治后的加铺层层底拉应力较低，其最大值较多锤头破碎化降低了23.9%。

（2）分析碎石化处治路段路表弯沉值变化曲线，采用多锤头碎石化技术处治后路表弯沉值较大，较共振碎石化处治路段弯沉值高出了21.2%。

（3）对比分析两种方法的处治效果，共振碎石化技术处治后的沥青加铺层层底拉应力和路表弯沉值均较小，这是由于采用共振碎石化技术破碎后混凝土裂缝整齐，强度损失较小，路面结构稳定性好，说明共振碎石化技术处治效果略好。

参考文献：

[1]侯潇.碎石化技术在水泥路面养护工程中的应用研究[J].华东公路，2020（2）：73-75.

[2]刘亚琳，陈健康.碎石化旧水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究[J].交通科技，2015（1）：137-139.

[3]彭广智.旧水泥路面碎石化技术及其在旧路改造工程中的应用[J].工程建设与设计，2020（2）：86-87.

[4]李廷刚，刘甲荣.冲压破裂稳固技术在水泥路面白改工程中的应用研究[J].公路交通科技，2010，27（7）：38-40.

[5]何伟南，陈海峰，周 杰，等.碎石化水泥混凝土路面加铺半柔性材料结构设计研究[J].公路，2020，65（2）：45-49.