经共振碎石化技术处理的碎石化结构层检测方法

周文芳，周密，王颖

（1.湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭 411100；2.湖南鼎同工程科技有限公司，湖南 湘潭 411100）

0 引言

随着公路路面改建工程的增加，共振碎石化技术的应用也越来越多。共振碎石化技术是基于共振原理，使碎石化设备产生与旧水泥板固有频率相同的振动频率，将水泥混凝土路面板破碎成上层松散、下层开裂的碎石化粒料层。由于共振只对面层起作用而不会冲击路基，因此共振碎石化技术在高速公路及国道改建工程中应用广泛。目前关于共振碎石化的研究主要集中在施工过程和参数设置上，对于共振碎石化后碎石层检测项目及指标的研究较少。本文依托国道G107湘潭段水泥混凝土路面大修工程，从检测角度对碎石化层进行系统评价，为其他公路相关检测提供参考。

1 检测规范

根据研究项目的不同，针对碎石化工程所做的检测类型非常多，这与碎石化项目繁多及各项目检测条件差异有关，但尚未看到针对碎石化结构层的完整检测评价研究资料。目前工程中对于碎石化层的质量评定依据仍为《公路工程质量检验评定标准》（JTG F/80/1—2017）[1]，该标准规定路面基层实测项目包括压实度、弯沉、平整度、纵断高程、宽度、厚度、横坡等7项，对于碎石化层而言针对性不强。国家级标准中提到关于碎石化施工检测指标的是《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》（JTGT F31—2014）[2]，该细则中规定的碎石化检测项目主要包括两项：①就地碎石化施工后应开挖试坑，检验破碎后各层粒径大小是否符合要求；②在乳化沥青封层破乳稳定后检测顶面当量回弹模量值。

各地根据本地区常用破碎机械类型、施工经验纷纷出台了相关的地方标准，如：上海市地方标准[3]中提出应检测破碎层上部及下部粒径、小于0.075mm粒径含量、破碎层厚度、原水泥混凝土板厚度、破碎层回弹模量等指标；陕西省地方标准[4]对于共振碎石化后结构层强度的检测主要依托贝克曼梁检测弯沉值，并对弯沉值的变异系数提出了要求；四川省地方标准[5]则对颗粒级配、回弹弯沉、回弹模量提出了要求。可见，不同地区对于碎石化层应检测的项目及指标都有不同见解。

2 检测方法

总体而言，目前各地区共振碎石化项目检测重点主要包括三方面：颗粒尺寸及分布、模量值检测、弯沉值检测。本论文依托国道G107的K1794+000—K1806+000段进行参数检测。

2.1 颗粒尺寸及分布

从破碎后的现场（图1）可以看出，该路段表面破碎效果已达到预期，表面颗粒细小而均匀，绝大部分颗粒粒径都在5cm以下，且混凝土板块边缘处已无接缝，因此，表面层不具备产生较大位移的条件。

图1 原水泥路面表层破碎情况

上层破碎层厚度约为10cm，颗粒粒径均小于5cm，且属于散粒结构，类似于级配碎石结构层，但集料嵌挤情况优于级配碎石。下层厚度则根据水泥混凝土板厚度确定，下层颗粒粒径一般在15cm之内，如图2所示。总体而言，下层颗粒相互啮合嵌挤，裂缝破裂角度与水平方向呈42～46°，即沿最大剪切面破裂，该角度可以获得比垂直裂缝更大的模量，从而将荷载分散到更大的区域。

图2 原水泥路面下层开裂情况

值得注意的是，在检测过程中应该对路面破碎层厚度进行检测，而非仅仅检测破碎层粒径结构。碎石层上层越厚，则整个碎石层小粒径颗粒越多，整体模量越低，沥青加铺层层底拉应力将越大，路表弯沉也会增大。若表面破碎层过薄，则极有可能达不到期望效果，沥青路面铺筑后将产生反射裂缝。研究表明[6]，上层破碎层厚度应尽量控制在14cm左右。另外，还需要注意粒径小于0.075颗粒含量，一般而言这一含量不超过7%[3]则认为没有过振。

2.2 回弹模量检测

公路工程中，通常用回弹模量来表征结构层的强度和变形能力。因此，准确测试回弹模量对路基路面质量评价工作非常重要。本路段回弹模量检测仪器为承载板。在检测过程中，对于承载板应加压到哪一级结束并没有统一的标准。根据规范中承载板测试土基回弹模量的方法[7]，当回弹变形值超过1mm时，即可停止加载。而碎石层的回弹变形量不能达到1mm，依据本路段自身特性及表1数据分布规律可以得出，从测力环读数18级后总变形量略有增加，但回弹变形量几乎相同。据此推断，此时承载板加载已经到达其下方弹性层的水泥混凝土路面层，再进行加载检测意义不大。

表1 承载板测定碎石层回弹模量计算表

初次破碎后，检测得出该段回弹模量值在338～695MPa之间（如表2中第2列所示），85%以上监测点回弹模量大于设计要求（大于400MPa），但在编号11处出现异常大数据695MPa，虽然符合设计要求，但是数据过大可能是原水泥混凝土路面破碎不彻底所致，对于此类变异较大的数据应尤其注意，防止后期反射裂缝的发生。

2.3 弯沉值检测

本项目采用5.4m贝克曼梁检测路面弯沉值。对破碎前混凝土板块及破碎后碎石化层均进行了弯沉值检测，并计算弯沉变异系数。各段检测数据如表2第3列所示，根据检测结果可知，弯沉值相差不大，且变异系数为5.6%（小于35%）。因此，可以认为本标段弯沉值及其差异性满足要求。

3 检测项目的相关关系

针对碎石化表层粒径级配而言，颗粒粒径越小表示破碎程度越高。由检测数据可以看出，表层颗粒越小，其对应的回弹模量值越小。

目前，针对土基回弹模量与弯沉值相关关系的研究很多，形成了一系列经验公式，如《公路路基路面现场测试规程》（JTG 3450—2019）[7]中就提到土基、路基路面的回弹模量（E1）或既有道路的综合回弹模量可以用(1-a计算；《公路路面基层施工技术细则》（JTG/T F20—2015）[8]规定路基顶面的回弹弯沉可以按l0=9308E-0.9380 计算，该公式由大量专家学者及道路工程师基于实践经验推算得来，目前在路基检测中应用广泛。

由于材料及结构层的差异，将碎石层回弹模量值代入经验公式计算偏差较大，偏差一般在6%～30%，如表2所示。但是根据回弹模量及弯沉实测值仍可以看出相关规律，即回弹模量越大，对应的弯沉值越小。因此，对于不方便采用承载板进行回弹模量检测的路段，可以通过试验段进行回弹模量及弯沉值检测，根据设计回弹模量推断出对应的弯沉值。

4 结语

碎石化层破碎质量直接关系到改建路面质量及使用过程中是否会出现反射裂缝。针对碎石化层的检测项目应包含破碎层粒径、回弹模量及弯沉，通过这些参数基本能够得出碎石化层的质量状态，具体检测过程中有以下注意事项。

（1）对于破碎层，粒径检测应包含表层碎石粒径及下层开裂情况，具体指标包括厚度、粒径等，表面层粒径小于0.075颗粒含量以不超过7%为宜。对于碎石化层下层，应观察粒径大小及开裂角度等。

（2）对于回弹模量，应根据原水泥混凝土路面情况及承载板试验确定施压等级后再进行检测。在回弹模量检测过程中，除了数值应不小于设计要求外，还应该特别关注过大数据，判断其是否为破碎不彻底造成，并根据实际情况进行补充破碎。

（3）由实测结果可以看出，碎石层回弹模量与弯沉呈负相关，即回弹模量越大，对应的弯沉值越小。可以对试验段进行回弹模量及弯沉值检测，根据弯沉值推断相应的设计回弹模量指标。