第６卷第６期 ２００９年１２月 现代交逋技木 Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶＯ１．６ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ。２００９ 碎石化在旧水泥混凝土路面拓宽改造中的应用 李 豪，曹荣吉，韦武举 （江苏省交通科学研究院，江苏南京２１１１１２） 摘要：以宜兴￥３４２水泥混凝土路面拓宽改造工程为依托，系统地论述了碎石化技术在旧水泥混凝土路面拓宽 改造中的应用。根据路况调查结果，制定了旧混凝土板处理方案，介绍了ＭＨＢ碎石化施工工艺，并通过开挖试 坑、顶面回弹弯沉测试和承载板试验等措施检验施工效果，在此基础上完成碎石化后加铺层设计及拓宽部分路 面结构设计。最后，总结了旧水泥混凝土路面碎石化设计施工过程中需重点关注的一些问题。 关键词：水泥混凝土路面；拓宽改造；碎石化；加铺设计 中图分类号：Ｕ４１６．２１６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—９８８９（２００９）０６—００１７－０４ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｕｂｂｌｉｚｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｏｌｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｗｉｄｅｎｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｌｉ Ｈａｏ，Ｃａｏ Ｒｏｎｇｊｉ，Ｗｅｉ Ｗｕｊｕ （Ｊｉａｎｇｓｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１ Ｉ １ １２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｏｌｄ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ３４２ ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ ｒｏａｄ ｏｆ Ｙｉｘｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｒｕｂｂｌｉｚｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｓｃｈｅｍｅｓ ｏｆ ｃｅｍｅｎｔ ｓｌａｂ ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｏａｄ ｓｅｃｔｉｏｎｓ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｈｅａｄ ｂｒｅａｋｅｒ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｉｎ ｂｒｉｅｆ，ｂｙ ｃｏｎｔｒａｓｔ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｔｈｏｒｏｕｇｈｌｙ ｅｘａｍｉｎｅｄ ｂｙ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｉｔ，ｓｕｒｆａｃｅ ｅｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｌｏａｄｉｎｇ ｐｌａｔｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｅｔｃ．，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔｅｓｔｓ，ｏｖｅｄａｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｌｄ ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ａｆｔｅｒ ｒｕｂｂｌｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｎｅｗ ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．Ｃｏｎｃｌｕｓｉｖｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｏｆ ｒｕｂｂｌｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｅ ｅｎｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｗｉｄｅｎｉｎｇ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ；ｒｎｂｂｌｉｚａｔｉｏｎ；ｏｖｅｒｌａｙ ｄｅｓｉｇｎ 碎石化技术于２０世纪后期起源于美国，该技术 践应用，先后在无锡（￥３４０） 镇江市（￥３３８）、泰州市 （￥２２９）等地进行了试验段施工与试验，但碎石化在 水泥混凝土路面拓宽改造技术领域的应用研究较 少。本文依托宜兴￥３４２水泥混凝土路面拓宽改造工 程，对碎石化技术在旧水泥混凝土路面拓宽改造中 的关键技术进行探讨，并总结了旧水泥混凝土路面 碎石化施工过程中需重点关注的一些问题。 １工程概况 特点在于通过专用设备将水泥混凝土面板一次性破 碎为碎块柔性结构．因破碎后其颗粒粒径小．力学模 式更趋向于级配碎石，因而将其命名为碎石化 （Ｒｕｂｂｌｉｚａｔｉｏｎ）。美国沥青路面协会的研究表明：碎石 化是最有效的防治反射裂缝的方法之一，该协会以及 美国的许多州均将该技术列入规范．并作为水泥混凝 土路面改造的推荐方法Ⅲ。根据破碎原理和施工机械 的不同，碎石化技术分为２类：多锤头碎石化和共振碎 石化［ 。 ￥３４２宜广段改造工程位于宜兴市境内，全长约 ２０．５ ｋｍ（Ｋ１３０＋５００一Ｋ１５１），老路按二级公路设计， 路面宽度１５ ｉｎ．两侧各设置２－２．５ Ｉｎ的土路肩及绿 在国内，山东省于２００２年率先引进ＭＨＢ破碎 化技术，随后该技术在山东、浙江、广西、安徽等省旧 水泥混凝土路面改造中得到了较为广泛的应用。近 年来，江苏省也展开了碎石化技术的相关研究和实 化带，于１９９７年建成通车。老路路面结构为：２２ ｃｍ 水泥混凝土面板＋１５ ｃｍ泥灰结碎石基层＋２０ ｃｍ石 作者简介：李豪（１９７８一），男，四川巴中人，工程师，主要从事路面工程设计、咨询和研究工作。 ・ ｌ８・ 现代交通技术 ２００９矩 灰土底基层。拓宽改造按一级公路标准进行，改造 后路基宽度２５ ｍ，采用沥青混凝土路面。 ２老路调查情况及旧混凝土板处理方案 ２．１ 断板率调查结果 行行车道板角弯沉小于１４．０（０．０１ ｍｍ）的比例分别 为６７．７％和５５．３％。 传荷能力统计结果表明，双向硬路肩以及行车 道传荷能力评价为优的里程比例均在８０％以上，且 一■■ 传荷能力基本相当，说明现阶段全线双向硬路肩以 及行车道的传荷能力均较好。 ２．３老路路基及绿化带路基承载能力调查 旧水泥混凝土板断板率调查结果表明．全线路 面破损严重，路面破损评价等级为差的路段占总里 程的３５％以上，评价等级为次及差的路段占总里程 的５０％以上。同时左幅较右幅破损严重。图１为双 一 老路路基及绿化带路基承载能力调查通过动 向断板率统计结果。 １００ ８Ｏ ６ｏ ∞ 口４Ｏ ２０ ５４ １４ ５９％１０．００％ ２Ｏ ．７．５７％■ ０ 右幅 左幅 图ｌ双向ＤＢＬ评价等级所占百分比 ２．２落锤式弯沉仪（ＦＷＤ）测试 一般而言。水泥混凝土路面的承载能力采用弯 沉检测来评价，主要反映３个方面的性能指标：（１） 整体承载能力。通过板中弯沉测试和刚度组成分析 计算下承层的弹性模量来反映；（２）板角脱空情况， 通过板角弯沉测试，根据弯沉值来判断；（３）接缝传 荷能力评价，通过跨过横缝的２个弯沉传感器计算 弯沉差和传荷系数。 板中弯沉测试结果表明（见图２），全线双向行 车道、硬路肩代表弯沉多在１４．０（０．０ｌ ｍｍ）以下，说 明多数路段（７０％）整体承载能力尚可；部分路段弯 沉大于２０（０．０ｌ ｍｍ），说明部分路段路基承载能力 已经较低，模量反算结果也从另一个侧面证实了这 一点．反算静态模量在１００～４００ ＭＰａ之间。 ◆上行行车道一下行行车道▲上行硬路肩×下行硬路肩 ４０｝ ◆ ▲ 。 图２ ＦＷＤ弯沉板中测试结果 板底脱空情况统计结果表明．板底脱空总体情 况不是非常严重，上、下行硬路肩板角弯沉小于 １４．ｏ（ｏ．０１ ｒａｍ）的比例分别为８４．９％和６２．８％，上、下 力圆锥贯入试验（ＤＣＰ）测试进行。测试结果表明，老 路路基顶面回弹模量基本介于１３０ ２７０ ＭＰａ之间， 说明老路路基总体承载能力尚可：绿化带内路基回 弹模量均在１００ ＭＰａ以下，最低处在３０ ＭＰａ左右， 说明绿化带路基承载能力相对较低。因此。在路基 加宽时应根据路基设计规范进行处理，对绿化带路 基进行换填压实处理。提高基底承载能力以满足规 范设计要求。 ２．４水泥混凝土板处理方案 结合国内外工程实践ｌｌ １，旧水泥混凝土路面具 备以下条件之一时，可以考虑采用碎石化技术：（１） 超过２０％的接缝需要修补；（２）超过２０％的板开裂； （３）超过２０％的路面已经修补或需要修补；（４）超过 ２０％的工作长度出现纵向裂缝，且宽度超过１０ Ｃｍ。 由旧水泥混凝土路面结果调查可知，该工程路 面状况破损严重，超过２０％的板开裂．同时路基承 载能力在１００ ＭＰａ以上，ＣＢＲ值大于ｌＯ，满足碎石 化施工所需要的承载能力要求：非镇区路段现有建 筑物距路肩边缘基本在１０ ｍ以外，碎石化施工对 建筑物的影响较小，符合碎石化处理的条件。同时 原混凝土板碎石化均能较好地利用原混凝土板的 强度，减少混凝土板弃置带来的环境影响，再生利 用也符合节约资源、循环经济的理念。因此本项目 对于非镇区段１５ ｋｍ路段旧水泥混凝土路面推荐 采用了碎石化处理方案。 ３碎石化施工工艺及施工效果 实际施工时采用ＭＨＢ多锤头破碎机，单次破 碎宽度３．５ ｍ，落锤高度１．０ ｍ，锤迹间距采用１２ ｃｍ。 碎石化之后的效果主要通过碎石化后粒径和碎石 化后强度进行检验。本项目对试验段（Ｋ１３１＋０５０－ ＫＩ３Ｉ＋４５０）施工结果主要采用开挖试坑、顶面回弹 弯沉测试和承载板试验进行测试和检验。 ３．１试坑开挖情况 碎石化之后一般要求表面部分最大尺寸不超 过７．５ ｃｍ．中间部分不超过２２．５ ｃｍ．底部部分不超 第６期 李豪，等：碎石化在旧水泥混凝土路面拓宽改造中的应用 ‘１９・ 过３７．５ ｃｍ。试验段施工后，通过试坑开挖进行碎石 果和顶面回弹弯沉测试结果可知。承载板试验结果 ∞帅鲫∞∞ｇⅢ／罨化效果和碎石化后碎粒性状进行直观判定。试坑开 挖观测结果表明（见图３），表层３～５ ｃｍ左右破碎较 为严重．基本松散，粒径基本在６ ｃｍ以下；混凝土板 下部板块破碎粒径较大。基本在２Ｏ～３５ ｃｍ左右，满 足设计要求。 图３碎石化后现场试坑开挖照片 ３．２顶面回弹弯沉测试 碎石化之后要求破碎层具有一定的强度，一般 其顶面回弹模量设计要求在１５０～５００ ＭＰａ之问，视 旧水泥混凝土板强度、基底承载能力情况、施工工 艺，做为基层或底基层使用。考虑到￥３４２老路面、 路基结构强度相对较低。改造设计时要求碎石化顶 面的回弹模量在１５０ ＭＰａ以上。 试验段碎石化之后采用贝克曼梁弯沉仪进行 顶面回弹弯沉测试，单点弯沉测试结果如图４所 示。从测试结果来看，最大单点弯沉为９５，最小弯沉 为１２。平均弯沉为３３，代表弯沉为５５，但测试结果 离散性较大。根据碎石化后代表弯沉反算得到的顶 面回弹模量为２９８ ＭＰａ，说明碎石化后破碎层仍具 备较高的强度，满足设计要求。 Ｋ１３１＋０００ Ｋ１３ｌ＋１ｏ０ Ｋ１３１＋２ｏ０ Ｋｌ３１＋３００ Ｋ１３１＋４０ｏ Ｋ１３１＋５００ 桩号 图４碎石化之后单点回弹弯沉分布图 ３＿３承载板试验 此外，对试验段碎石化顶面进行了承载板试 验，从结果来看，顶面最小回弹模量为２１９ ＭＰａ，最 大回弹模量为３６８ ＭＰａ．平均回弹模量为２９４ ＭＰａ， 与采用代表弯沉反算得出的顶面回弹模量２９８ ＭＰａ 较为接近，同样满足设计要求。对比承载板试验结 离散性相对较小．因此，在实际施工中采用了承载 板试验结果作为强度判定标准。 ４碎石化后加铺层设计及拓宽部分路面结构设计 在美国。碎石化后的水泥混凝土路面一般直接 加铺沥青混凝土面层［ ］。沥青加铺厚度的确定需综 合考虑交通量、老路承载力以及工程实际情况等因 素．￥３４２工程改造设计需考虑的主要因素如下： （１）交通量大，重载车辆多。２００７年交通量达到 了８ ６７１辆／ｄ．大货车以及拖挂车所占比例相当高． 占总交通量的４０％左右，且超载现象非常严重。根据 设计文件要求，改造工程设计年限为ｌＯ年，通过轴载 换算得出主线沥青路面累计当量轴次１ ２１４万次，属 重交通等级，路表设计弯沉 为２２．９８（０．０１ ｍｍ）； （２）依托工程老路路基承载能力较差，需要设 置一定的补强层以提高整体承载能力； （３）改造工程涉及到路面加宽。新旧路面的拼接处 理非常关键。因此需尽量均衡新旧路面之间的强度差 异，以避免强度差异较大而引起的结椅｝生纵向裂缝 ； 综合考虑交通量、结构承载力以及拓宽改造的 拼接处理等关键要素后，制定如下的设计方案ｌ７： （１）老路碎石化之后做为下基层使用，其上加铺 １８ｃｍ水泥稳定碎石，再加铺１２ ｃｍ（４ ｃｍＳＭＡ一１３＋８ ｃｍＡＣ一２０Ｃ）沥青混凝土面层，并且面层采用双层改 性沥青。 （２）碎石化两侧加宽路段按新建路面结构设计， 如图５所示底基层采用２０ ｃｍ级配碎石．基层采用 ３８ ｃｍ水稳碎石。其中下基层２０ ｃｍ水稳碎石顶面 与碎石化顶面平齐，面层同样采用双层改性沥青混 凝土（４ ｃｍＳＭＡ一１３＋８ ｃｍＡＣ一２０Ｃ）； （３）设置完善的路面内部排水系统。碎石化及 水泥混凝土路面改造非常关键的因素是排水。因此 完善的排水设计非常重要。依托工程改造一方面拓 宽部分底基层采用了级配碎石做为排水通道，并能 有效阻隔地下毛细水的上升．另一方面设置横向塑 料排水盲沟迅速排出施工期间和路面内部水。 ４ ｃｍ ＳＢＳ改性沥青ＳＭＡ－１３ ４ ｅｎｌ ＳＢＳ改性沥青ＳＭＡ－１３ ８ ｃｍ改性沥青ＡＣ一２０Ｃ ８ ｏｍ改性沥青ＡＣ一２０Ｃ １８ ＯｉＴｌ抗裂型水泥稳定碎石 １８ ｆｔｍ抗裂型水泥稳定碎石 日混凝土面板碎石化处理 １８ ｃｍ水稳碎石 ２０ ｃｍ级配碎石 老路基层 （ａ）老路碎石化后加铺路面结构 ｆｈ）加宽部分设计路面结构 图５碎石化后及加宽段路面结构设计 ・２Ｏ・ 现代交通技 ２００９焦 ５结语 新建路面总体结构强度与老路碎石化后加铺路面 结合宜兴￥３４２水泥混凝土路面拓宽改造，介 结构总体强度差异不能太大，尽可能减少因新老路 绍了碎石化技术在江苏地区旧水泥混凝土路面拓 面强度不均衡而导致的纵向裂缝。 宽改造中的首次大规模应用情况。对旧水泥混凝土 参考文献 路面碎石化适用范围、施工效果进行了探讨，并对 ［１］Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｂｏａｒｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｉｅｓ． 碎石化后的加铺层设计和拓宽新建部分路面的设 Ｒｕｂｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｏｒｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｐａｖｅｍｅｎｔｓ［Ｒ］． 计情况进行了介绍．从目前的施工情况来看，本次 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｎｕｍｂｅｒ Ｅ－Ｃ０８７，２００６． 碎石化应用取得了成功。本项目为江苏旧水泥混凝 ［２］张玉宏，王松根，李昶．国外水泥混凝土路面碎石化技术 土路面碎石化的应用和推广积累了经验．可供类似 简介［Ｊ］．公路，２００３（９）：８－９． 项目参考。碎石化技术在旧水泥混凝土路面拓宽改 『３］王松根．旧水泥混凝土路面碎石化技术应用指南［Ｍ］．北 造应用中需重点关注以下几点： 京：人民交通出版社，２００７． （１）施工中应通过试验段总结施工工艺，通过控 ［４］Ｎａｎｃｙ Ｓｈａｎｋｓ．Ｒｕｂｂｌｉｚｉｎｇ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｗｉｔｈ Ａｓｐｈａｌｔ Ｏｖｅｄａｙ： 制落锤高度和锤迹间距控制碎石化后强度及承载能 ＣＤＯＴ Ｔｅｓｔｓ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ Ｐａｖｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ｌ一７６［Ｒ］． Ｃｏｌｏｒａｄｏ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，２０００． 力，使得碎石化后原混凝土板能保留一定的强度； （２）完善的排水设计是确保碎石化成败的重要 ［５］Ｉｌｌｉｎｏｉｓ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｒｕｂｂｌｉｚｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｂｉｔｕ— ｍｉｎｏｕｓ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｏｖｅｒｌａｙ－１０ Ｙｅａｒｓ［Ｒ］．Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｉｎ 因素之一，因此。在设计过程中应充分考虑施工期 Ｉｌｌｉｎｏｉｓ，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．１ ３７，２００２． 间和营运期间路面内部水的迅速排除； ［６］刘荥．水泥混凝土路面改建技术［Ｍ］．北京：人民交通出 （３）由于弯沉检测数据的离散性相对较大，建 版社，２００６，１． 议在施工中采用试坑开挖和承载板试验对施工效 『７１江苏省交通科学研究院．宜兴￥３４２宜广线水泥混凝土路 果进行验证： 面改造方案ｆＲ１．２００７，１２． （４）碎石化拓宽改造设计施工时，应注意拓宽 （收稿日期：２００９—０４—０８） （上接第１３页） 度、劲度模量随油石比的增大而减小，拉伸应变随 表３劲度模量二元方差分析表 油石比的增加而增大；低温度时，３种指标的增减情 况相反：通过运用二元方差分析温度和油石比对劈 裂特性的影响程度，结果显示。温度对劈裂特性的 影响显著，油石比对劈裂强度影响较大。 （２）在高原寒冷地区进行沥青路面结构和材料 设计中．应考虑实际温度条件的改变及其混合料 的劈裂特性．同时，在马歇尔试验所确定的最佳 油石比的基础上应适当增加沥青用量．以改善其低 综合３个试验参数结果，温度对沥青混合料劈 温性能。 裂特性有显著影响；油石比对劈裂强度的影响较 参考文献 大，而对拉伸应变和劲度模量的影响较小；两者的 ［１］张登良沥青路面工程手册［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００４． 交互作用对劈裂强度和劲度模量影响显著，而对拉 ［２］孙立军．沥青路面结构行为理论［Ｍ］．北京：人民交通出版 伸应变的影响不明显。 社．２００５．１１． 由此可见。在进行沥青路面结构和材料设计时， 『３］虎东霞，马鑫，张毅，等．纤维沥青混合料在多年冻土地区 应考虑多年冻土地区实际温度条件中对混合料劈裂 的应用［Ｊ１．公路，２００７，（７）：８０—８４． 『４１马君毅，符进，章金钊．多年冻土地区公路修筑技术在青 性能的影响。同时，在多年冻土及低温地区施工时， 藏公路改建完善工程中的推广应用［Ｊ］．公路交通科技（应 应根据实际情况及施工经验，在确定的最佳油石比 用技术版），２００８，（１）：２８７—２９０． 用量基础上适当增加沥青用量［６］，以提高低温条件 『５１汪双杰，李祝龙．中国多年冻土地区公路修筑技术研究 下沥青混合料的低温性能，从而减少裂缝的产生。 ［Ｊ］．公路交通科技，２００８，（１）：１－９． ５结论 『６］周谦．寒区沥青路面的合理设计温度［Ｊ］．长安大学学报 （自然科学版），２００７，２７（５）：４０—４３． （１）对于多年冻土地区，在较低温度时，劈裂强 （收稿日期：２００９—０４—２２）
