舊水泥混凝土路面微裂破碎改造施工技術(shù)研究

徐勝堂 王子然

（1.信陽(yáng)市公路事業(yè)發(fā)展中心，河南 信陽(yáng) 464000；2.鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

“白改黑”施工工藝能夠很好地利用原有路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，不產(chǎn)生過(guò)多的建筑垃圾［1］?！鞍准雍凇甭访娓脑斓募夹g(shù)難題是如何減輕舊水泥混凝土路面存在的各種病害，如加鋪后瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層反射裂縫和溫縮裂縫的產(chǎn)生。水泥混凝土路面微裂破碎技術(shù)既能起到打裂壓穩(wěn)的作用，同時(shí)可以有效消除原有路面的局部病害，充分利用原有路面結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度，達(dá)到柔性基層的使用要求，在處理后的水泥路面上直接加鋪瀝青面層，可以有效解決反射裂縫病害問(wèn)題，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值［2］。

1 工程概況

針對(duì)河南省某地級(jí)市國(guó)道路段進(jìn)行試驗(yàn)路段現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分析。該路為二級(jí)公路，改造路段全長(zhǎng)13 km，樁號(hào)為K920+800～K933+800。舊路為水泥混凝土剛性路面，路基全寬15 m，路面板寬度12 m 的雙向兩車道。該路段交通量等級(jí)為重度交通，原路面平均彎沉值Ld=10（0.01 mm），原路面的當(dāng)量回彈模量為1 025.1 MPa。現(xiàn)有的水泥混凝土路段重車超載較為嚴(yán)重，路面主要的病害形式為斷板、破碎、板底脫空、錯(cuò)臺(tái)、沉陷、唧泥等。傳統(tǒng)的“白加黑”路面改造過(guò)程中，通常將水泥混凝土面板打碎成均勻的碎石，碾壓成型，作為路基底基層使用。本次試驗(yàn)路段采用新型技術(shù)方案，即微裂破碎技術(shù)對(duì)原有混凝土路面進(jìn)行改造加鋪，將原有老路破碎擊實(shí)成均勻的板塊，采用注漿技術(shù)穩(wěn)定各路面結(jié)構(gòu)層。

1.1 工程路面病害產(chǎn)生的原因分析

混凝土面板的橫向裂縫和縱向裂縫、破碎、脫空板、瀝青面層與混凝土基層黏結(jié)強(qiáng)度不足是舊混凝土路面和改造后的瀝青路面最為嚴(yán)重的幾種病害。其中裂縫是由于行車荷載、路面材料以及雨水環(huán)境等綜合因素引起的，裂縫隨著時(shí)間的增加逐漸加重［3］。瀝青面層與混凝土基層黏結(jié)強(qiáng)度不足是由于高溫條件下黏結(jié)層材料的穩(wěn)定性較差或者材料本身強(qiáng)度不足，或防水層與瀝青混凝土面層黏結(jié)力較弱或者防水層與混凝土基層黏結(jié)力較弱［4-5］。

1.2 傳統(tǒng)路面病害處治措施

反射裂縫的預(yù)防措施有：調(diào)整加鋪層厚度、改變加鋪層組合設(shè)計(jì)、不同結(jié)構(gòu)層材料之間設(shè)置黏結(jié)性較好的薄層、設(shè)置裂縫緩減層等；脫空常用的處理方法有板底壓漿法和直接換板法；水泥混凝土路面板接縫的處治常采用聚硫橡膠和聚氨脂之類的高彈性填縫材料或采用防水卷材對(duì)板縫進(jìn)行處治［6-7］。

2 水泥路面微裂破碎施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)

2.1 施工準(zhǔn)備

首先，對(duì)原有老路的路況進(jìn)行調(diào)查，并且評(píng)定相應(yīng)路段的破壞等級(jí)。其次采用彎沉檢測(cè)設(shè)備對(duì)老路進(jìn)行彎沉檢測(cè)，獲取對(duì)應(yīng)路段的彎沉數(shù)據(jù)及回彈模量。最后，通過(guò)探坑的選取與挖掘，對(duì)原有老路的路面結(jié)構(gòu)層進(jìn)行探查，采用PFWD 彎沉設(shè)備對(duì)各路面結(jié)構(gòu)層的彎沉及回彈模量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集［8］。

2.2 施工技術(shù)

微裂破碎技術(shù)指的是直接破碎再生舊水泥混凝土路面板，使得板塊開裂寬度為0.1～0.3 mm，以受力點(diǎn)為中心呈發(fā)散式破碎［9］。根據(jù)本工程實(shí)際路況，設(shè)計(jì)如下具體實(shí)施工藝步驟。首先沿水泥混凝土路面板的兩邊夯擊，重錘下落高度和單點(diǎn)位夯擊次數(shù)以凹槽深度和面板開裂塊度為準(zhǔn)，并且每塊板四個(gè)板角均需要碎石化夯擊，開裂寬度不得超過(guò)1 mm；后沿板塊中央進(jìn)行碎石化處理。其次，行車道外側(cè)水泥混凝土路面板，硬路肩未挖除路段直接采用滿夯方式對(duì)整塊外側(cè)水泥面板進(jìn)行碎石化夯擊；硬路肩已挖除路段，外側(cè)水泥面板橫向距挖除的硬路肩0.5 m范圍內(nèi)不得擊打；內(nèi)側(cè)水泥面板直接采用滿夯方式擊打，夯擊標(biāo)準(zhǔn)同上。最后，碎石化結(jié)束后開放交通，通車碾壓一周后，清掃碎石塵屑。路面碎石化檢測(cè)合格后，加鋪水泥穩(wěn)定碎石層與瀝青面層。

2.3 工程預(yù)案

在施工過(guò)程中，為了消除路基施工后產(chǎn)生沉降，提高路基承載力，加強(qiáng)路基荷載作用區(qū)范圍內(nèi)的排水性能，達(dá)到表面裂而不碎、板塊穩(wěn)而不平的效果［4］，采取的處理措施有以下3 個(gè)方面。一是微裂破碎時(shí)，控制好重錘的高度，每個(gè)點(diǎn)位落錘精準(zhǔn)；微裂破碎后，若路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性不能滿足要求，應(yīng)采取換板措施。二是碎石化后，消除表面不穩(wěn)定的板塊，并進(jìn)行彎沉檢測(cè)，對(duì)彎沉指標(biāo)過(guò)低的路段，進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)。三是對(duì)不穩(wěn)定的基層進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，增補(bǔ)碎石化，加強(qiáng)擠密作用。四是處治合格后采用細(xì)粒式瀝青混凝土對(duì)錯(cuò)臺(tái)、沉陷區(qū)域進(jìn)行填補(bǔ)、找平壓實(shí)后，清掃表面碎石。

3 案例分析

3.1 改造加鋪

如圖1 所示，原有老路路面結(jié)構(gòu)為：26 cm 厚水泥混凝土面層+土基；本改建方案為：4 cm 厚細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13）上面層+4 cm 厚中粒式瀝青混凝土（AC-16）+26 cm 厚水泥混凝土微裂破碎再生。此方案優(yōu)點(diǎn)：改造簡(jiǎn)便、強(qiáng)度較高、節(jié)約造價(jià)、老路利用率高、節(jié)省能源、減少了固體垃圾排放。本研究針對(duì)該路段中舊水泥混凝土路面的再生利用問(wèn)題，采用微裂破碎再生技術(shù)解決工程項(xiàng)目中的技術(shù)難題。為更好地應(yīng)用該技術(shù)，選取路面破壞較嚴(yán)重路段：樁號(hào)為K920+800～K921+100，根據(jù)上文所述具體步驟對(duì)水泥混凝土路面微裂破碎?；炷谅访嫖⒘哑扑楹蠹愉? cm 細(xì)粒式瀝青混凝土（AC-13）上面層和4 cm 中粒式瀝青混凝土（AC-16）下面層。該路段交通等級(jí)為重度交通，年平均日交通量7 818輛/天。

圖1 舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層（舊路）（單位：cm）

3.2 結(jié)果對(duì)比

本次施工前后兩次彎沉檢測(cè)均由丹麥Carl Bro公司生產(chǎn)的落錘彎沉儀（FWD）完成，圖4 所示彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)為樁號(hào)K920+800～K900+820 左幅超車道，選取200 m 彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，彎沉檢測(cè)以每2 m 一個(gè)點(diǎn)位，共100 個(gè)點(diǎn)位［10-12］。通過(guò)圖2 與圖3 的對(duì)比及圖4 所示兩次彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比可以得到以下結(jié)果。

圖2 微裂破碎（改造中）

圖3 改造加鋪（通車后）

圖4 水泥混凝土路面板改造前后彎沉數(shù)據(jù)對(duì)比

①微裂式破碎在舊水泥混凝土路面板再生利用方面具有極高的利用率。

②經(jīng)過(guò)微裂式破碎的水泥混凝土路面板通過(guò)注漿技術(shù)加固穩(wěn)定后，能夠很好地保證水泥混凝土路面的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性。

③舊路改造前彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)較為離散，相鄰兩點(diǎn)之間彎沉數(shù)據(jù)差別較大；改造后彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)較為連續(xù)，相鄰兩點(diǎn)之間彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)相差較小。

④通過(guò)對(duì)比，明顯發(fā)現(xiàn)舊路改造前彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)整體比改造后的彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)高出10～20（0.01 mm）。

本次施工采用LTD 探地雷達(dá)對(duì)該路段進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)檢測(cè)，該路段注漿前后地質(zhì)雷達(dá)圖見圖5、圖6可知。

圖5 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)圖（補(bǔ)強(qiáng)前）

圖6 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)圖（補(bǔ)強(qiáng)后）

①對(duì)圖5 與圖6 地質(zhì)雷達(dá)圖進(jìn)行比較，采用注漿填補(bǔ)面層、基層和底基層等層間縫隙，使各層間縫隙得到良好的填充。

②通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，填充注漿材料使得原本松散的基層更加密實(shí)。

③注漿材料的黏結(jié)性使得路面結(jié)構(gòu)層更加穩(wěn)定，板塊與板塊之間貼合得更加緊密。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)路段主要針對(duì)微裂式破碎施工技術(shù)、注漿技術(shù)進(jìn)行研究，并對(duì)彎沉檢測(cè)數(shù)據(jù)與地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)圖像進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。

①在微裂式破碎技術(shù)與注漿技術(shù)的綜合作用下，能夠有效地處理基層松散、基層破碎、基層脫空等常見病害，對(duì)于各路面結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)性也有很大的提高。

②采用微裂式破碎技術(shù)與注漿技術(shù)，對(duì)降低反射裂縫應(yīng)力作用十分明顯。

③由于微裂破碎導(dǎo)致基層裂縫較為普遍，注漿材料起到填充縫隙和增強(qiáng)板塊之間的黏結(jié)性的作用。

④通過(guò)彎沉檢測(cè)，可以有效地了解試驗(yàn)路段的承載力強(qiáng)弱的具體情況。

⑤對(duì)施工前后彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行比較表明，微裂破碎后水泥混凝土結(jié)構(gòu)層作為基層時(shí)，路基承載能力良好。

⑥采用微裂式破碎施工技術(shù)能夠極大地提高老路利用率，在舊路再生利用與新施工工藝研究方面具有重要的意義，既提高了路面的使用性能又減少了固體垃圾的排放，而且施工方案經(jīng)濟(jì)可靠。