旧混凝土路面共振碎石化的基层施工方案分析

查 进 （蚌埠市市政工程管理处，安徽 蚌埠 233000）

0 引言

水泥混凝土路面具有强度高、刚性大、稳定性好及设计年限长等优点，在蚌埠市早期路面建设中大量采用，但随着现代化的高速发展，人民生活水平不断提高，尤其车辆已成为人们不可缺少的代步工具，交通量剧增，导致混凝土路面破损严重、承载力逐年下降，远达不到其设计的使用年限，所以近5 年内蚌埠市投入大量资金，将原有旧混凝土路面改造成沥青混凝土路面。

沥青混凝土路面不管是从行车舒适，还是维修养护等多方面考量，都是目前最优的结构面层。而对旧混凝土路面破损位置的补强处理，设计单位也提出了多种处理方案，其中旧混凝土路面碎石化已成为成熟的优选方案。常用的混凝土破碎技术有冲击破碎、多锤头破碎和共振破碎。冲击破碎机械是在原有重力冲击锤和振动压路机压稳而改良的一种新型机械，该机械由牵引车拉动非圆型轮翻转，不规则轮子的高低半径对混凝土面层及基础采取静压、揉搓、冲击的持续冲击碾压工作。多锤头机械故名锤头多，具体数量要根据老混凝土路面钻孔后的劈裂试验确定，对老混凝土路面打碎后，击碎的混凝土颗粒由上而下逐渐增大，经碾压后，上部颗粒形成平整面，下部颗粒间形成嵌挤结构。共振碎石是由机械共振锤头破碎老混凝土路面，达到将破碎后的上层料相互嵌挤、下层相互嵌锁的结构层，大大提高了该基层的强度和刚度，解决了原老混凝土路面板块在裂缝、接缝处的水平及竖向位移，减少建成后沥青混凝土面层反射裂缝出现。特点为优化路面结构、根除反射裂缝、不伤害路基和地下管网、相比多锤头和冲击式施工方法而言其噪音小。

由于共振碎石旧混凝土路面有诸多优点，本文结合黄山大道西段道路排水等市政设施改造项目对施工方案进行分析。

黄山大道为蚌埠市贯穿东西向的一条城市主干道，向西穿越高新区后并入东海大道，向东穿越高铁、老山路及蚌五泗高速后，接至凤阳城区，主要承担着跨区域的沟通联系，是城南快速通道。道路总长约25km，是完善蚌埠市路网的重要组成干道。

本次施工的黄山大道工程范围位于高新区，起点大庆路，终点迎宾大道，全长约2.5km，设计时速60km/h，道路等级为城市主干路，规划道路宽度50m（双向六车道），工程总投资约6000 万元。

1 前期调查工作

1.1 对旧混凝土路面进行损坏状况调查

PCI（pavement condition index）是路面损坏状况指数的一个十分重要的评价指标。PCI 综合了损坏类型、损坏程度、损坏范围或密度等方面的定量状况。PCI 值越大，路面状况越好。一般根据PCI 值的大小，划分路面现状等级。它不仅直接关系到道路养护方案的选择，也是旧混凝土路面加铺新路面结构方案设计的依据。水泥混凝土路面损坏分为11 项，分别是破碎板、裂缝、板角断裂、错台、唧泥、边角剥落、接缝料损坏、坑洞、拱起、露骨以及老旧混凝土路面维修过的面积。

依据城市道路损坏评定标准中的PCI 计算公式过于繁琐，本次规划设计单位采用公路PCI 计算公式，PCI=100-α0DRα1，其中DR 是路面破损率，α0和α1是设计参数，由设计单位提供，该公式简便，易于操作计算，结果计算值为45，判定黄山大道PCI 指数等级为“次”，符合旧混凝土路面碎石化要求。

1.2 DBL混凝土板块断板率

由纵向、横向、斜向裂缝发展而产生的已完全折断成两块以上的水泥混凝土路面板称为断板，而DBL 是已完全折断成两块以上的水泥混凝土路面板的块数与混凝土路面板的总块数的比值，以百分数表示。经计算，黄山大道断板率为18%，评价标准为“次”。

表1 现状路面PCI等级

1.3 平均错台量

平均错台量采用量测接缝板边的高程差，经调查接缝高程差的平均值为12mm。

1.4 脱空率

脱空率测量方法较多，采用的仪器在本次施工中有难度，所以采用人工观测。具体做法是人为观察重型车辆在雨天路过裂缝处唧水情况的严重程度而判定该板块是否脱空。经观察，该道路脱空率为25%。从以上数据判定，黄山大道西段可以采用旧混凝土路面共振碎石化设计方案。

2 开工前准备工作

2.1 做好清理工作

碎石化施工前，应做好旧混凝土路面的清理，清除旧混凝土板块上存在的沥青加铺层及横缝、胀缝处沥青填缝材料。

2.2 设置应力释放层

黄山大道西段是双向六车道，断面形式如图1所示。

图1 断面形式图

由于车行道边缘载有路侧石，所以要做好应力释放措施。沿旧混凝土路面边缘纵向切割，切割深度贯穿旧混凝土路面结构层；应力释放渠宽度为50cm，形成边缘先预裂效果。

2.3 特殊路段的处理

①软弱路段

板块唧浆、基层或路基含水量过大的不良路段，应先挖除面板以下基础结构层，后用级配碎石换填碾压。

②局部下陷路段

对于下沉大于5cm 路段，挖除旧混凝土面层，换填级配碎石。

2.4 标识构造物

对现场沿线需要保护的构造物做出明确标识，以确保这些构造物不会因碎石化施工而造成损坏。

2.5 保护地下附属设施

经过排查，对地下附属设施采取有效保护。本次对雨污排水管提前做好疏通工作，车行道上的排水井也按设计图纸做相应混凝土井圈加固。

3 试验段选取

选取桩号0+200～0+400 段，长度200.0m，单块板宽3.5m 作为试验段。钻孔取样，车行道上的旧混凝土结构层22cmC30 混凝土面层、20cm5%水泥稳定碎石、22cm 二灰碎石、20cm6%二灰土基层，下部为压实黏性土，土基良好。

钻取混凝土10 个钻芯点，检测旧混凝土板块劈裂强度。将混凝土劈裂强度换算成抗弯拉强度，其值是3.8MPa，大于C30 混凝土抗拉强度的80%，符合混凝土路面碎石化规范要求。

在试验段区域内，用洒水车在破碎的车道上来回洒水，以抑制施工中产生的粉尘，洒水时间与破碎的时间宜控制在半小时以内。

本次租赁的共振碎石机是中铁科工的GPJ3X-600，采用3X 直线振动技术，在不降低振幅的工况下，利用车体的重量对振动施加工作压力，对旧混凝土路面实行共振碎石。共振破碎机在破碎过程中不断对行车速度、振幅、锤间距进行调整，确定共振设备的工作参数，如表2所示。

表2 对共振碎石化机械进行调频后最佳工作方案一览表

试振完成后，选取4 个1.2m 长、1.2m 宽、水泥板22cm 的检查坑进行人工开挖，碎石筛分合格率符合表3 要求。试坑检测完成后，用密级配碎石料回填压实，并及时进行试验段乳化沥青封层，如表3所示。

表3 试验段完成碎石化后的块料级配表

为了更好地为沥青路面结构设计提供充足理论数据，确保后期沥青混凝土施工质量，所以对本次试验段进行了回弹弯沉试验，机械选用标准轴载B22-100，20 个检测点，合格率92%，计算回填模量为200MPa，符合沥青混凝土下基层半刚性回弹模量要求。

通过共振技术破碎后的水泥板形成了一种比较理想的结构层。这种结构层的顶部（大约1/4～1/3)是碎化层，该碎化层不仅弱化了原水泥板的刚度，同时与下部的嵌锁层一起吸收车辆的冲击能量，是很好的半刚性基层结构。

4 开工建设

破碎顺序由混凝土路面外侧车道开始，从边缘向中间破碎，破碎时应有重复破碎搭接面，搭接宽度不应小于5cm。破碎应全面彻底，不遗留未破碎区域；距离路缘石50cm 的旧混凝土路面，采用人工破碎法，形成应力释放渠。

共振碎石化完成后，清除旧混凝土路面接缝内大于5cm 的碎石块，并对凹陷的路段采用级配碎石料回填。

碎石化后应及时压实，受碎石化原理控制，共振碎石化后松散层颗粒粒径较小，适当洒水，采用钢轮压路机和轮胎压路机组合碾压，单钢轮振动压路机的自重不小于18t。压实遍数以压实完成后表面均匀密实为准。

碾压结束后，为使表面较松散的粒料具有一定的粘结力，宜喷洒乳化沥青透层油，铺装沥青面层前，不得通行车辆。严格控制在雨天来临季，进行路面碎石化。

由于此路段是城南新区，居民不多，无高层住宅区，无大型厂房，楼层也控制在6 层以内，碎石段离建筑物在8m 以上，并且已按行政主管部门要求做好安全围挡，夜间不进行碎石化，以免扰民，白天施工时，也将机械噪音的分贝尽量调整在70dB以下，严格按照环保和社稳方案执行，给市民营造一个良好的生活环境，施工流程图如图2所示。

图2 施工工艺流程图

5 安全文明施工措施

5.1 安全要求

对人员进行安全教育，施工时必须配有安全帽和反光背心，施工人员和机械设备必须听从现场负责人指挥。

根据工地情况，做好场地布置，合理安排临时设施，进行安全保卫工作，布置安全防护设施和统一的安全标志，在施工现场醒目位置设置固定的大幅安全标语及各种安全操作规程牌。

正确指挥和组织生产，坚持“安全第一”的原则，防止因机械操作人员疲劳施工。

做好宣传和现场管理工作，非施工人员和车辆禁止入内。

5.2 环境保护

对扬尘的控制，配备2 台洒水车，及时洒水，做好扬尘措施。

对机械的噪声控制，严格执行旧水泥混凝土碎石化设计与施工技术指南的规定，在上午7：00～11：00 和下午14：00～18：00施工，杜绝晚间施工。

对于特殊地段需反挖结构层而产生的建筑垃圾外运，要求运输车辆必须加以覆盖，防止遗洒，污染市区环境。

所有运输车辆进入现场，设专人进行统一指挥调度。

随时派专人清扫场区施工道路，适量洒水压尘，维护施工现场。

项目经理对施工班组作业区的现场文明负责，落实到具体人。

完成各项施工任务，必须做到工完场清。采取有效的技术手段和管理措施将施工机械和运输车辆的噪音控制到最低程度，为保护施工人员健康，经常保养机械，避免影响工程进度。

6 采用旧混凝土路面共振碎石化在造价方面的优势

共振碎石化施工技术，能更有效地解决水泥混凝土路面加铺出现反射裂缝这一关键性问题，以往几年，在设计方案中多采用对于严重板块损坏地方进行反挖换板。在板块破损不是很严重地方，采用清缝后灌缝注浆法，增强旧混凝土板块与下基层的整体刚度，稍后对胀缝、纵缝和横缝处清理缝口，贴40cm 防裂贴及聚酯玻纤布铺装，洒乳化沥青，再施工2 到3 层沥青混凝土结构层。但经过在施工过程中未能更好地将设计处理方案做细做好，无视细微处混凝土的损坏，不按施工图纸方案进行施工，所以反射裂缝早早暴露。再加上交通量增加，改造后的沥青加铺路面未在设计使用年限内就呈现不同程度的损坏。如施工单位再未能及时验收，完成移交手续，后续的路面维修费用仍是由施工单位承担，必将大大增加施工单位经济负担。所以表4 将现优化后的混凝土碎石化方案和以往贴防裂贴及加铺玻纤布做应力吸收层方案，在造价费用上进行比对。

该段道路长约2500m（含交口），机动车道和非机动车道宽度31m，粗略估算道路面积88300m2。共振破碎工艺按照60 元/m2折算，采用共振碎石化技术能够节省投资1442105元。

综合上述计算结果，对比原先旧混凝土路面加铺沥青混凝土处理方案与现在旧混凝土路面共振碎石化后加铺沥青混凝土方案，共振碎石化不仅能够加快施工进度，而且在结构基层的分部分项内容中就节约工程造价约144.21 万元，大大地减少了资金投入。

共振混凝土碎石化技术对旧路面地基的影响较小，施工方案具备进度快、程序简便、效率高、节约工程造价费用等特点。通过共振碎石化施工，同时也解决了挖除混凝土碎块而产生的建筑垃圾外运，减轻白色污染，保护城市环境，是目前解决旧混凝土路面加铺沥青混凝土容易出现反射裂缝问题的有效施工方案。