碎石化技术修复旧水泥混凝土路面效果研究

杨凯

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

0 引言

对旧混凝土路面常采用碎石化技术进行处理，以使旧路面成为加铺层施工的基层。碎石化技术不仅有不同的类型，而且不同类型采用不同的原理，有不同的特点，因此为保证修复效果，有必要对不同类型碎石化技术的修复效果进行对比和总结分析。

1 工程概况

某公路维修项目桩号为K265+360—K269+928.5，路段总长4 568.5m，其路基、路面宽度分别为12m和9m。原路面采用混凝土路面，局部采用沥青路面（K267+445—K267+842）。经调查，该路段重车数量较多，导致路面产生一系列病害，如裂缝、车辙与结构松散等，而且还有一些路段产生了严重坑槽，影响路面正常使用。为防止这些病害进一步加重，恢复路面正常功能，经研究决定对该段路面实施中修。对原混凝土路面采用碎石化技术进行处理，作为新路面的基层结构使用。

2 中修方案

针对路面存在的不同病害，制定专门的维修方案。

（1）对于路面龟裂病害，采用以下结构方案：对于从村镇中经过的路段，上面层采用细粒式沥青混合料，层厚3cm；下面层采用中粒式沥青混合料，层厚4cm；上、下面层之间铺设热沥青黏层；对旧路面进行共振碎石化处理形成基层；在基层和下面层之间铺设沥青封油层，层厚1.5cm。对于一般路段，上面层采用细粒式沥青混合料，层厚3cm；下面层采用中粒式沥青混合料，层厚4cm；上、下面层之间铺设热沥青黏层；对旧路面进行多锤头碎石化处理形成基层；在基层和下面层之间铺设沥青封层油，层厚1.5cm。

（2）对于有沉陷病害的沥青路面，采用以下结构方案：上面层采用细粒式沥青混合料，层厚3cm；下面层采用中粒式沥青混合料，层厚4cm；上、下面层之间铺设热沥青黏层；将原沥青路面与基层全部挖除后填筑级配碎石作为新基层；在新基层与下面层之间铺设热沥青封油层，层厚1.5cm。

（3）对于过渡段的路面，其修复方案为：对旧路面进行处理作为基层，然后铺设热沥青黏层，最后摊铺细粒式沥青混合料，作为面层，层厚3cm。

在以上方案中，共振碎石化是指按照共振原理，促使待修复混凝土路面和所用破碎机之间发生共振，以此对待修复混凝土路面进行破碎，形成上、下层均相互嵌挤、锁定的碎石层。完成破碎处理后形成的碎石，其形状互补，且粒径相对较小，可通过相互嵌挤保持在稳定状态，从根本上解决了原路面存在的问题，如裂缝及接缝部位位移，包括水平位移与竖向位移，使原板块开裂后产生的反射应力得以消除，使该层强度与刚度均比级配碎石层高很多，并能减小对原路地基造成的不利影响，是避免加铺层施工后产生反射裂缝的有效方法，可实现对原路面的全面优化，为之后加铺层的施工奠定良好基础。该碎石化技术主要具有以下优势：能从根本上杜绝反射裂缝的产生；避免对原路的路基与各类地下结构物造成破坏；对路基与路面排水有利；施工时不会产生太大的噪音，且基本没有振动产生，能避免扰民；不会产生断层，可保证路面通车舒适度；能有效防止混凝土发生酸碱反应，进而避免结构层因膨胀而发生明显变形[1]。

而多锤头碎石化则是指采用专门的多锤头破碎机对待修复混凝土路面进行破碎处理，将原混凝土路面结构打碎后，颗粒粒径从上到下不断增大，然后通过适当的碾压，使上部颗粒达到平整，同时使下部颗粒产生嵌挤，之后进行加铺层的施工，实现对路基的强化，其施工工艺流程如图1所示。该碎石化技术主要具有以下特点：是现阶段避免反射裂缝产生的主要方法；破碎与压实完成后的路面是由混凝土碎块构成的嵌挤密实的结构，密度较高，可以为之后加铺层的施工奠定良好基础，提供足够的结构强度；整个施工过程均可实现机械化，降低施工难度，减少作业人员工作强度，且综合造价相对较低；完成破碎处理的路面可直接作为新路面的基层或底基层结构，然后直接进行加铺层施工，这是现阶段混凝土路面最理想的一种翻修改造方式，不仅不会产生废料，节省废料运输与处理方面的费用，还能从根本上防止造成环境污染及破坏；另外，施工不会给正常的交通通行造成太大影响，无需对路段进行全部封闭[2]。

图1 多锤头碎石化施工工艺流程

3 方案实施注意事项与质量控制

（1）共振碎石化需按照以下基本参数进行施工：频 率 为42～46Hz；振 幅 为10～20mm；激 振 力 为8～10kN；施工速度为3.2～6.5km/h；碎石化效率为650～1200m2/h。

（2）破碎施工必须严格按照预定参数进行，对路面进行破碎时，应安排专人进行连续监测，并及时做好必要的调整，以使破碎后的路面达到预期效果。

（3）破碎结束后及时借助Z形压路机实施振压，碾压遍数需达到3遍以上；完成以上初步振压后，还需要借助光轮压路机继续振压，其碾压遍数同样要达到3遍以上；在摊铺沥青混凝土前，还要用轮胎式压路机做必要的补压，以此为沥青混凝土摊铺创造良好条件。

（4）对特殊路段进行破碎施工时，应注意以下几点：在岩石基层及层厚达到40cm以上的段落，应预先进行破裂处理；对于软弱路基段，需进行以下处理：将原路面清理干净后，开挖到保持稳定的层次，然后采用级配碎石进行换填，直到板块的顶部。对于每次开挖的尺寸，其宽度不能比车道宽度小，且长度应达到1.2m以上，这样是为了保证最终的压实效果。对于需进行补强处理的段落，可增铺一道级配碎石，其具体厚度结合现场情况确定。

（5）在破碎与原路面之间需做好全深度切割，以免对原路面完整性造成影响，并在破碎机翼锤处增设挡尘板，以免路面破碎时产生的碎屑飞溅，并有效控制扬尘。

（6）破碎机的操作人员需按照规定佩戴防噪音装置，并要求现场全体人员穿着反光服。

（7）实际破碎宽度不能比一个车道的宽度小，和相邻车道搭接的部分，宽度应达到15cm以上，否则罩面将对未破碎的路面造成影响。

（8）原路面中的传力杆与钢筋仍可保留，但从表面露出的部分应及时切割，以免妨碍后续施工，切割下来的部分及时运出场外。

（9）铺筑施工开始前需清除所有松散材料，如胀缝料及填缝料等，必要的情况下使用级配碎石进行填充。

（10）路面破碎必须贯穿其整个厚度，同时防止对既有构造物和基层结构造成破坏。对于破碎块厚度，表层以7.5cm为宜，中间层以不超过22.5cm为宜，底层以不超过37.5cm为宜。若为配筋混凝土，则需确保破坏钢筋和混凝土之间的结合。

（11）为了使破碎尺寸达到要求，需在选定的试验段中选择两个相对独立的位置进行试坑开挖，然后对底面破碎尺寸进行检验，并对既有构造物与基层结构造成的影响进行综合分析。压路机碾压结束后，需借助贝克曼梁实施弯沉测试，以确定代表弯沉值及其均方差，然后以此为依据对路面的均匀性进行评价，并分段验算层厚，明确能否达到要求。

4 基于碎石化技术的路面修复效果

4.1 加铺层底部拉应力

因不同路段所用碎石化技术有所不同，所以加铺层施工完毕后其底部拉应力存在一定差异[3]。为了对修复效果进行综合分析，以路面设计结构为依据，结合规范要求的弹性模量及泊松比，得出以下各项计算指标。

采用共振碎石化技术处理的路面，其不同结构层次技术参数如表1所示；采用多锤头碎石化技术处理的路面，其不同结构层次技术参数如表2所示。

表1 共振碎石化修复路面各结构层计算参数

表2 多锤头碎石化修复路面各结构层计算参数

采用不同碎石化技术处理后加铺层底部实际拉应力的变化情况如表3所示。从表3可知，经共振碎石化处理后的加铺层，其底部拉应力比经多锤头碎石化处理的加铺层小，经共振碎石化处理后的加铺层，其底部拉应力不超过0.175MPa，最大值产生于和荷载中心相距16cm的位置，经多锤头碎石化处理后的加铺层，其底部拉应力不超过0.23MPa，最大值产生于荷载中心。经对比可知，经共振碎石化处理后的加铺层，其底部拉应力极限值比经多锤头碎石化处理的加铺层低23.9%[4]。

表3 采用不同碎石化技术处理后加铺层底部实际拉应力的变化情况 单位：MPa

4.2 路面弯沉值

选择代表性良好的路段按照贝克曼梁法原理实施路面弯沉值实测，采用不同碎石化技术处理后加铺层表面弯沉值的变化情况如表4所示。由表4可知，经共振碎石化处理后的加铺层，其表面弯沉值相对较小，不超过0.89（0.01mm），最大值产生于与荷载中心相距16cm的位置；经多锤头碎石化处理后的加铺层，其表面弯沉值相对较大，不超过1.13（0.01mm），最大值的位置和经共振碎石化处理后的加铺层相同，即与荷载中心相距16cm的位置，最大值比经共振碎石化处理后的加铺层高21.2%。

表4 采用不同碎石化技术处理后加铺层表面弯沉值的变化情况 单位：0.01mm

4.3 处理效果

根据采用不同碎石化技术处理后加铺层底部实际拉应力的变化情况可知，经多锤头碎石化处理后的加铺层，其底部拉应力相对较高，最大值可以达到0.23MPa，而根据采用不同碎石化技术处理后加铺层表面弯沉值的变化情况可知，经多锤头碎石化处理后的加铺层，其表面弯沉值相对较大，最大值可以达到1.13（0.01mm）。从以上结果可以看出，经共振碎石化处理后的加铺层，无论是底部拉应力还是表面弯沉值都相对较小，造成这一现象的原因为对原混凝土路面进行共振碎石化处理后，裂缝相对整齐，且有一定程度的倾斜向上，虽裂，但未碎，并没有明显的强度损失。但对原混凝土路面进行多锤头碎石化处理后，将使面板产生大量无规律裂缝，使强度严重损失。基于此，在充分考虑完成修复的路面的最大承载力及刚度情况下，建议对原混凝土路面进行共振碎石化处理，以保证路面整体结构的稳定性。

5 结论

综合上述分析，可得出以下结论：

（1）根据采用不同碎石化技术处理后加铺层底部实际拉应力的变化情况，经共振碎石化处理后的加铺层，其底部拉应力相对较小，比经多锤头碎石化处理后的加铺层小23.9%。

（2）根据采用不同碎石化技术处理后加铺层表面弯沉值的变化情况，经共振碎石化处理后的加铺层，其表面弯沉值也相对较小，比经多锤头碎石化处理后的加铺层小21.2%。

（3）通过对两种不同碎石化技术实际处理效果的综合对比，无论是加铺层底部拉应力还是表面弯沉值，经共振碎石化处理后的加铺层都小于经多锤头碎石化处理后的加铺层，其主要原因为共振碎石化处理后强度没有太大的损失，更利于路面整体稳定性，因此在一般情况下建议采用共振碎石化方法进行旧混凝土路面处理，以保证路面的修复效果。