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摘要：本文就水泥混凝土路面碎石化适用条件、碎石化施工参数选取、沥青层厚度确定、排水层设计以及路面碎石化处理注意要点进行分析，结合湖北省省道十永线蔡甸城关至永安段（K19+590~K35+830）工程实例，就旧水泥混凝土路面碎石化设计思路及关键要点进行浅析，旨在为同类工程项目提供参考借鉴。
关键词：旧水泥路面；碎石化；路面结构层设计
1、前言
目前，旧水泥混凝土路面路面大修改造重点在于旧路面的处理。国内旧水泥混凝土路面维修改造方案主要是：（1）压浆稳板修补后直接加铺；（2）破裂稳固后加铺；（3）挖除原水泥路面结构重新铺筑。由于清除重建方案对于原路面材料利用率低，不符合环保、经济的理念，除特殊需要外一般不予考虑。设计中常将压浆稳板修补后直接加铺即“白加黑”方案及破裂稳固后加铺“碎石化加铺” 方案进行比选。而碎石化加铺方案的采用与否，必须与路面本身破损程度相适用才能达到“技术可行、经济合理”的设计目的。
2、碎石化原理及优点
水泥混凝土路面碎石化（Rubblization）是将水泥混凝土路面的面板，通过专用设备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。
旧路面进行碎石化化后可使混凝土板块强度均匀分布，可最大程度消除大板块、大运动导致的反射裂缝，若粒径合理还可消除应力集中；碎石化后可消除水泥混凝土面板于基层脱空现象，最大程度利用原混凝土面板，保留发挥原混凝土面板强度。碎石化就是通过破碎设备（如MHB型破碎机、共振型破碎机），将原混凝土面板破碎而适当降低强度防止反射裂缝的发生，实现二者的平衡，为水泥混凝土路面罩面创造条件。
破碎粒径（大-小）
-----------结构破坏 - - - - - 反射裂缝
碎石化粒径大小与结构反射裂缝关系图
3、碎石化设计关键要点
3.1 碎石化处治适用条件
碎石化技术能够较彻底解决反射裂缝问题，具有施工速度快、交通干扰小的优点。可以利用原地利用就混凝土板，具有环保意义。但碎石化施工会对原有路面结构产生结构性破坏，因此必须明确此种方式适用条件，结合实际情况灵活使用。
碎石化工艺应用与原路面修补存在经济平衡点，一般采用用修补率来反映此平衡点。国外算例中为13%左右，国内工程经验得出的经济平衡点20-25%。实际工程由于各地材料价格差异较大，需结合其具体状况计算确定；
根据大量工程应用经验，采用碎石化处治旧水泥混凝土路面对现有混凝土路面技术状况要求如下：
（1）水泥混凝土路面有大量病害：错台、翻浆和角隅破坏等达到总接缝长度的20%以上；（2）板块出现开裂、断板或下沉，需要修补的面积达到路面总面积的20%～70%；
（3）20%的路面面板已被修补或需要被修补；混凝土路面断板率介于20%~45%；土基CBR＞5，基层、底基层基本稳定。
3.2 碎石化施工参数选取
大面积实施水泥路面碎石化之前必须选择有代表性的路段作为试验段，长度不小于200米，确定碎石化机械的落锤高度以及工作速度等参数。一般要求满足水泥路面碎石化粒径符合7.5~30cm，且当量回弹模量为250~500MPa。
碎石化施工粒径要求 表错误！文档中没有指定样式的文字。 1
相关工程经验表明，当碎石化后其顶面当量回弹模量达到250~500MPa时，一般可以在碎石化层顶面罩面两层或三层沥青层；当碎石化后其顶面当量回弹模量小于150MPa时，或者高等级公路重、特重交通量等级时，宜增设一层半刚性补强层。
碎石化层作为基层时，碎石化后表面凹处在10cmx10cm以内，压实前可用级配碎石回填；10cmx10cm以上的宜利用沥青混合料找平，以保证加铺面层的较佳平整度。
碎石化后宜对表层进行处理，喷洒PC-2型改性乳化沥青（用量1.0~2.0L/m2），撒布适量S12规格矿料进行光轮碾压（粒径建议5~10mm），矿料用量不宜过多，以不粘轮为标准。
3.3 结构层组合及沥青层厚度确定
要确定沥青层加铺厚度，关键是合理确定碎石化后该层回弹模量，这需根据施工后现场测试结果确定，考虑到测试方法便捷和实用性，通常可采用测试该层顶面弯沉值，通过式3.3反算碎石化层顶面回弹模量值，再按照现行规范《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状联系体系理论，验算拟定结路面结构层计指标。碎石化处治步骤：试验试破碎施工、确定相关参数、正式设计和施工。
式中：l0为实测碎石化层顶面回弹弯沉代表值；P为标准轴载压力，一般去0.7MPa；δ为标准轴载轮胎接地传压面半径，取10.65cm；m1为系数，通过试验确定（初步设计阶段可取1.1）；m2为修正系数，取1.0。
3.4 排水设施设计
排水设施是碎石化的必需辅助工程，完善的排水设施是防止碎石化后沥青加铺层再次发生水损坏的重要措施，也可使支撑碎石化路面的路基材料保持干燥，保持路基路面整个结构层强度。
路面碎石化处理一般要求设置边沟、集水沟等排水设施。如果没有边沟、集水沟，则应将路肩挖除至混凝土路面基层同一高度，以使水能从碎石化区域排出。也可以将现状土路肩换填为碎石路肩加强路肩的排水性。条件允许时可在路面碎石化施工前完善排水系统提高施工质量。
4.碎石化设计及施工注意事项
4.1地下结构物保护
由于碎石化施工过程，会对周围环境产生较大的振动干扰，在有地下结构物时，应对主要结构物的标记与保护，根据以往施工经验，对浅埋结构物（如埋深小于0.5m），结构物两侧3m范围应严禁碎石化施工，埋深0.5m~1m可结合实际情况，适当降低锤头高度对混凝土面板轻度破碎。对公路近旁有敏感建筑物或设备（安全距离小于5m）不能经受再生设备引起的地面振动路段，也应严禁碎石化施工。
4.2净空控制
由于碎石化将原密实混凝土板块破碎成颗粒状，其体积会一定程度膨胀，在进行沥青层罩面后，路面标高抬升，因此上跨构造物路段，设计应考虑上跨结构物净空情况，根据实际情况制定设计方案。
4.3 特殊段落处理
对部分病害严重的软弱路段，或碎石化后层顶模量达不到设计要求的段落，应开挖至稳定的路面结构层，采用与铣刨层刚度差异接近的材料回填至破碎混凝土底部，其上可采用与罩面层底部相同的回填材料，如需要可在破碎后的混凝土层顶设置级配碎石层以增加覆盖层厚度并调平该层标高。
5工程实例
省道十永线蔡甸城关至永安段（K19+590~K35+830），项目起点位于蔡甸区蔡甸大街，终点位于汉宜高速下穿通道，全长约16.24km。项目现为二级公路，设计时速60km/h，路幅宽度18m（行车道宽15m，土路肩2×1.5m），为双向四车道水泥混凝土路面。
现场路基、路面检测
从水泥砼路面目前的使用状况来看，破损最为严重的为下行超车道，单车道PCI指标公里评价等级基本都处于中及以及下水平，平均PCI为70.8；下行和上行PCI指标平均值分别为78和87。
项目路段病害主要以断板、裂缝和板角断裂为主，断板率最大的为下行超车道，已达到20.8%，评价等级为差；项目路段整体断板率为8.7%，评价等级为中，已接近次水平。
项目路段整体脱空率为6.5%，传荷能力不足比例为20.5%。同时现场调查也发现水泥面板二次破损情况较严重，破碎板和断板中超过70%都是曾经换板处理过。
拼宽段原路面横断面布置：硬路肩1.5m+机动车道2x7.5m +硬路肩1.5m，路基宽18m。
拼宽段扩建后路面结构：非机动车道1.5m+机动车道3.75m+机动车道3.5m+双黄线0.5m+机动车道3.5m+机动车道3.75m +非机动车道1.5m，路基宽18m，将原硬路肩改造为1.5m非机动车道。
根据检测结果，旧水泥混凝土路面断板或下沉、错台、翻浆和角隅破需要修补的面积达到路面总面积的19.5%；现有土基CBR为8.5，基层、底基层基本稳定。经综合比较分析，满足碎石化适用条件。
根据项目路段交通量及路面破损情况综合，碎石化后加铺层结构为：
上面层：4cmAC-13沥青砼；
粘层：改性乳化沥青；
下面层：10cmATB-30沥青碎石；
透层：PC-2型改性乳化沥青粒料透层；
现场旧水泥路面碎石化施工
大面积实施水泥路面碎石化之前必须选择有代表性的路段作为试验段，长度不小于200米，确定碎石化机械的落锤高度以及工作速度等参数。要求满足水泥路面碎石化粒径符合7.5~30cm，且当量回弹模量为250~500MPa。
开挖1.5m宽硬路肩，深度约17.5cm，级配碎石基层填筑前必须对开挖土基夯实处理，夯实深度按7.5cm计，要求夯实后土基承载力不小于100 kPa，否则换填处理，然后回填25cm级配碎石。
项目于2014年9月施工，2015年11月完工，到目前项目已运营3年半，根据现场情况，现状沥青路面层无反射裂缝，单车道PQI均在90分以上，整体状况良好，表明该项目采用碎石化方案合理。原硬路肩路面挖除后铺设级配碎石基层，再与碎石化行车道统一加铺水稳基层和沥青层，改造后作为非机动车道使用，由于拼宽部分作为非机动车道使用，现阶段与碎石化行车道路面无纵向反射裂缝。建议有条件时在碎石化和非碎石化基层顶部设置格栅加强防裂措施。
6.结语
旧水泥路面碎石化技术作为介于压浆稳板修补后直接加铺和挖除原水泥路面结构重新铺筑之间的处治措施，有其适用性，前期必须对现有道路状况作出准确的检测分析，以判断其碎石化技术是否适用，旧路碎石化设计必须合理确定各项设计参数和路面组合结构，才能发挥碎石化技术优势，达到“技术可行、经济合理”的设计目的。
参考文献：
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论文作者:樊金山,赵婷
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/14
标签：碎石论文; 路面论文; 混凝土论文; 水泥论文; 结构论文; 机动车道论文; 沥青论文; 《防护工程》2018年第36期论文;