旧水泥混凝土路面冲击压实破碎施工监测及质量控制.pdf

总659期2023年第29期（10月 中）收稿日期：2023-04-08作者简介：魏福兵（1984），男，工程师，从事公路桥梁养护施工管理工作。旧水泥混凝土路面冲击压实破碎施工监测及质量控制魏福兵（吉安市公路建设和养护中心永丰分中心，江西 永丰 331500）摘要：为分析冲击压实破碎技术在旧水泥混凝土路面养护处治中的适用性，以具体工程为例，首先对冲压过程中路面沉降、路面破碎状况等展开监测，并从路面弯沉、回弹模量等方面对施工质量进行检测。然后提出加铺设计方案，并对冲压施工效果进行了评价，可为同类施工提供参考。关键词：旧水泥混凝土路面；冲击压实；破碎；质量控制中图分类号：U416.216文献标识码：B0 引言近年来，我国早期修建的水泥混凝土路面进入养护处治期，冲击压实技术在修复旧水泥混凝土路面中具有较强的实用性，受到设计人员、研究人员及公路养护部门的关注。该技术通过冲击压实机冲压旧路面板，既能起到快速破碎、压实稳固的作用，又能有效减少和缓解反射裂缝的发生，还能形成嵌锁稳固的新路面底基层结构，确保旧路处治效果。该技术在我国公路养护处治中得到了应用，但许多方面过于依赖既有工程经验，施工合理性及效果有待验证。基于此背景，本文依托具体的公路工程，对旧水泥混凝土路面冲击压实机理及现场监测展开分析，根据监测结果探讨施工工艺，并提出施工控制措施及评价方法，可为同类施工提供参考。1 试验段概况该公路试验段典型路面形式为：水泥混凝土面板、18 cm厚水稳砂砾基层、8 cm厚填隙碎石、35 cm厚破碎水泥混凝土面板与基层、土基。公路于2013年建成运营，由于重载交通量的持续增大及养护部门疏于管理，部分路段旧水泥面板先后出现裂缝、断板、错台、唧浆等病害。为保证公路性能的发挥，需及时进行养护处治。2 施工过程监测采用 IMPACTOR2000 型冲击碾压机对试验段旧水泥混凝土路面展开破碎处治。该机械冲击轮宽1.316 m，高1.6 m；机身长5.842 m，宽2.565 m，总重量为12.7 t，冲击轮重8.6 t；设计行进速度为1113 km/h，低速和高速分别适用于破坏和压实；最高冲击次数为2遍/s，压实功率为30 kJ。施工开始后，冲击压路机先从路面两侧边部开始连续击实破碎，此后错轮、横向展开相邻路面冲击压实，最终全部覆盖整个路面。2.1 路面沉降监测结合类似工程施工经验，冲击碾压过程中路面沉降受冲击碾压遍数的影响较大，为探求两者的关系，在该试验路段左右幅按25 m间距设置34个沉降观测点。为分析挖填方等路基支承条件对破碎尺度及路面沉降的影响，对石质路基展开挖方试验，并观测冲击破碎压实前后沉降量，得出旧水泥混凝土路面压实破碎前后标高变动程度，进而得出碾压遍数和路面沉降之间的关系1。根据监测结果，对于不同的路基支承条件，路面沉降随碾压遍数的增加而表现出不同的变化规律；总体来看，冲击碾压15遍后，试验段全线发生6.2 cm的平均沉降，最大最小沉降分别为14.2 cm和0.3 cm；冲击碾压20遍后，试验段全线平均沉降增大至16.4 cm。根据沉降量变动趋势，分成线性沉降、陡降、缓变反弹等3种形式：1）线性沉降：该类测点大多位于原路堤正常压实路段，路堤密实度随冲击碾压遍数的增多而增大，沉降量与压实遍数呈近似的线性关系；2）陡降：此类测点主要位于原路堤病害或欠压实116交通世界TRANSPOWORLD填方段，在冲击压实之初，因水泥混凝土路面具备较好的完整性，应力能有效扩散，并能抵消初期沉降；此后随着冲压过程的持续推进，旧水泥混凝土面板被击裂后，应力扩散作用大大弱化，沉降骤增，并引发突变陡降；随着冲压过程的继续进行，沉降最终趋于缓和；3）缓变反弹：该形式的沉降量测点主要位于挖方段，石质路基压实性状好，即使反复冲击压实沉降量也不大；压实机械冲击路面后的应力波发生反弹后，造成已压碎路面层松动，引起轻微反弹。以上变动趋势表明，冲击压实破碎过程中，沉降量的变化与旧路基原压实状况密切相关，并能对原路基压实情况起到检验作用。当前，在工程实践中，施工方通常以零沉降为质量控制标准，这种做法对于破碎后充当垫层的欠压实填土路基较为合理。因为冲击压实对土体的作用模式类似于重型击实，但冲击压实功明显大于重型击实功，在冲击压实破碎路面的过程中，必然会对路基产生补压作用，改善路面质量。但对于破碎后作为垫层的石质路基，因沉降量缓变反弹，冲击压实3遍后路基沉降基本归零，此时再继续冲击，只会敲散已压实块状体2。为此，笔者建议，此种情况下冲击压实遍数的确定应以消除反射裂缝为限。2.2 路面破碎监测冲击压实效果可通过裂缝发展程度进行衡量。使用冲击压路机冲压旧水泥混凝土路面后，裂缝是否贯穿、裂缝宽度、张开程度、板块间嵌锁程度等均对旧板承载力影响较大。为此，必须加强路面裂缝和碾压遍数关系的研究。根据对试验路段的检测，对于挖方段，在冲击压实第13遍时几乎无肉眼可见裂缝；冲击压实6遍后才开始出现肉眼可见的纵向裂缝，且每块面板平均有12条纵向裂缝贯穿板长。此后，随着压实遍数继续增加，横向裂缝和斜向裂缝也开始出现，进而形成网裂。当冲击压实18遍时，旧面板仍未出现明显错台，表明该公路试验段石质路基具备较好的支承性状。对于填方段而言，在冲击压实第13遍时即出现明显裂缝，少数纵向裂缝为贯穿性；冲击压实6遍后纵向贯穿性裂缝数量增至4条以上，横向裂缝和斜向裂缝相继发展。此后，当冲击压实18遍时，原错台加剧，局部压碎，网裂面积持续增大。结合现场调查结果，纵向裂缝的出现与冲击压实机械施工工艺有关。为压实两侧路基土，形成工作土墙，提升旧水泥混凝土板击破效率，在破碎施工时，先集中破碎一处，再各个击破。这种处理工艺很容易增大裂缝出现的可能。3 施工质量检测3.1 弯沉检测回弹弯沉是反映路基路面承载力的主要指标之一，回弹弯沉越大，承载力也越大。该公路试验段主要采用贝克曼梁法检测冲击压实前后路面回弹弯沉值。根据检测结果，冲压前后填方路段回弹弯沉值明显比挖方路段高；挖填方路段经冲压后弯沉值均大幅增加，增幅普遍位于 2040（0.01 mm），这也说明冲压处理后，旧水泥混凝土面板整体性遭到破坏，路基路面承载力降低。为使旧路面作为加铺路面的结构层，必须控制破碎程度，使其保留部分残余承载力。检测结果见表1。表1 回弹弯沉现场检测结果路段填方段挖方段检测时间冲压前冲压后冲压前冲压后样本数34402152均值/（0.01 mm）13.679 6960.092 679.146 8240.126 43最大值/（0.01 mm）36.000 00111.000 0020.000 0080.000 00最小值/（0.01 mm）0.000 0025.000 000.000 009.000 00标准差/（0.01 mm）9.710 4122.005 826.025 6318.958 803.2 回弹模量检测此次试验主要对冲压后的旧水泥混凝土路面回弹模量是否满足规范要求展开分析，并基于冲压后路面回弹弯沉检测结果，进一步展开路面承载能力的评价。采用承载板法获取试验段路面冲压破裂稳固后的回弹模量值，对旧面板残余承载力展开评估，并为新结构层设计提供依据3。试验过程严格按照公路路基路面现场测试规程（JTG E602008）展开。试验段回弹模量值检测结果见表2。对原始数据处理后，回弹模量方差达83.99 MPa，离散性较大。路面回弹模量存在两个值段，挖方段、填方段回弹模量分别集中在 190300 MPa 和 90182 MPa。结合 公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402011）中所列示的基层和垫层材料回弹模量经验参考值范围，中粗砂、级配砾石垫层回弹模量分别为 80100 MPa 和 200250MPa。经过比较，公路试验段旧水泥混凝土面板冲击压实破碎后回弹模量值基本满足新路面垫层要求。表2 回弹模量检测结果统计有效数据/组60最大值/MPa591.72最小值/MPa88.96均值/MPa182.64方差/MPa83.994 加铺设计及冲击压实施工效果4.1 加铺设计根据设计规范，旧水泥路面层损坏状况等级较差117总659期2023年第29期（10月 中）时，应将面板破碎至粒径在40 cm以下的小块，用于新建路面结构底基层或垫层；并应按照新建水泥路面或沥青路面类型展开设计。旧路面板经冲击压实破碎处理后，既能达到规范的破裂块度，又能与旧基层嵌挤为稳固整体，为新铺层提供良好支承。对于同时设置基层和垫层的情形，应将底基层与垫层换算为当量回弹模量和当量厚度均符合要求的单层，再计算基层顶面当量回弹模量。也就是将冲压处理后的旧路面和加铺层等效，按照新建路面方法展开加铺层设计。以上设计思路主要涉及旧路面板回弹模量取值问题，必须准确区分冲击压实处理后旧路顶面回弹模量和旧路面板自身作为垫层材料的当量回弹模量。这两个概念截然不同，但具有相关性。前者实际上是旧路面板和旧基层及路基所表现出的综合承载力和刚度；后者则反映破碎后单层的材料性质。针对该公路试验段典型路面形式，按照重型交通和特重交通两种情况展开不同垫层顶面模量计算及路面厚度设计，结果见表3。与顶面模量为30 MPa的路基相比，在轴载次数不变的情况下，可使路面厚度减薄23 cm；而当垫层模量超出200 MPa后，对路面结构厚度的影响便微乎其微。表3 不同垫层顶面模量下的路面厚度设计结果单位：cm交通类型重型交通特重交通标准轴次9.8551062.259107垫层顶面模量/MPa5021.422.010020.521.015019.220.120019.020.025019.020.030019.320.04.2 施工控制效果采用Dynatest 8000落锤式弯沉仪对该公路试验段冲击压实、机械击碎压稳、置换板法等改建方案下的加铺质量展开检测，结果见表4。根据表4可知，对于填方段而言，在各种改建方案中，冲击压实处理后加铺改建效果最好，回弹均值及离散性均比其余两种方案小；置换法改建后新路面回弹均值和离散性均最大，施工效果最差。对于挖方段而言，各方案施工效果均优于填方段；且冲击压实处理并加铺改建的施工效果最好；置换板法效果最差。表4 不同改建方案下试验段回弹统计结果单位：0.01 mm路段填方段挖方段统计指标回弹均值回弹方差回弹均值回弹方差改建方案冲击压实6.090.9434.781.080机械击碎压稳6.731.0205.671.534置换板法8.211.3896.691.252综合以上分析，该公路段旧水泥混凝土路面采用冲击压实破碎技术处理后再加铺改建，能整体提升结构抗压强度，取得比传统改建方法更好的处治效果。5 结束语综上所述，该旧水泥混凝土病害路面采取了本文所提出的处治方案后，施工进度明显加快，且与机械击碎压稳、置换板法等改建方案相比，新路面回弹弯沉值减小，离散性降低，抗压强度提高，施工效果良好，改造后的路面质量也有保证；根据长期跟踪观测结果，反射裂缝出现概率明显降低。施工过程中，旧路材料可得到100%利用，有效避免了废弃水泥块弃置处理的难题，环境效益显著。参考文献：1 张少均，柳凯，朱磊磊，等.冲击碾压改建路面施工对路基动力效应的试验研究J.公路工程，2021，46（1）：154-160.2 黄汉新.碎石化施工技术在某旧水泥混凝土路面大修工程中的应用J.中国高新科技，2020（15）：109-110.3 高璇，宋志，杨维国.旧水泥混凝土路面破碎技术的调查与评价J.筑路机械与施工机械化，2018，35（5）：171-174.118