浅析"白加黑"在秭归县金曲市政路改造中的应用

浅析 "白加黑 "在秭归县金曲市政路改造中的应用

陈皓 1* 顿浩 2 吕玉蓉 1

1.湖北省交通规划设计院股份有限公司，湖北武汉， 430051； 2. 江汉大学基建与后勤管理处，湖北武汉 430056

摘 要 本文结合秭归县城金缸城至曲溪连接道路工程城区某段路面改造工程项目，分析了 “白改黑”工艺中常见的多锤头与共振碎石化两种破碎技术优缺点，提出“玻纤格栅+共振碎石化”施工工艺。结果表明：“玻纤格栅+共振碎石化”施工工艺一是可以解决原水泥混凝土路面裂缝的反射问题，二是可以有效改善沥青混凝土面层和原混凝土路面板块层间粘结，大大提高了路面的舒适性和使用年限。

关键词 白加黑 共振碎石化 病害处治 反射裂缝

中图分类号 U416.1

1 引言

随着我国公路事业的飞速发展，公路等级与规模的不断提高，对道路的舒适度和安全性提出了更高的要求。然而目前我国公路仍以造价相对便宜的水泥混凝土路面居多，特别是高速公路等级以下的国道、省道、县乡道等公路，水泥混凝土路面比重约为90%。改革开放以来，随着我国经济腾飞，交通量和荷载日益增加，早期修建的公路由于材料、设计、施工技术和质量控制等方面的不足，在自然环境长期重交通重负荷冲击下，原来的水泥混凝土路面在投入使用3～5年后，就大量出现了破碎板、裂缝、板角断裂、错板、唧泥、边角剥落、坑洞、拱起、露骨等病害，严重影响了行车的速度、安全和舒适性。如何经济可行、环保、方便的改造旧混凝土路面迫在眉睫。本文结合秭归县城金缸城至曲溪连接道路工程城区某段路面改造工程项目，分析了 “白改黑”工艺中常见的多锤头与共振碎石化两种破碎技术优缺点，提出“玻纤格栅+共振碎石化”施工工艺。

2 工程概况

秭归县城金缸城至曲溪连接道路工程起点为明珠大道与西楚路交叉口处，途径刘家湾、崔家湾、杜家湾，于龚家坝上跨三峡翻坝高速公路，止于逸夫小学处与滨湖路平交。道路沿线与三星一路、规划三路、三星大道、规划四路、规划五路、规划六路、规划七路、规划八路交叉，道路总长5.018km，沥青混凝土路面，双向六车道。

图1 项目地理位置图

2.1原路面病害调查评定及检测情况

根据《公路技术状况评定标准》（JTG 5210-2018）^[1]，水泥混凝土路面技术状况评定应包括路面破损、路面平整度、路面跳车、路面磨耗、路面抗滑性能五项内容。公路水泥砼路面损坏分11类20项，分别为：破碎板（轻、重）、裂缝（轻、中、重）、板角断裂（轻、中、重）、错台（轻、重）、唧泥、边角剥落（轻、中、重）、接缝料损坏（轻、重）、坑洞、拱起、露骨、修补。

图2 原有路面现状情况

通过现场目测法对全线水泥混凝土板的使用状况进行了调查，并采用落锤式弯沉仪对水泥混凝土路面的弯沉进行了检测，同时选择典型路段检测其路面接缝传荷能力，测量接缝两侧边缘的弯沉值，并依据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）^[2]，计算接缝传荷系数kj来评定旧混凝土路面接缝传荷能力。

本次调查路面破损状况采用路面状况指数（PCI）指标进行评定，本次评价以相邻类似破坏程度路段作为一个评价路段。

表1 原路面PCI评价结果

表2原路面结构强度检测PSSI评价结果

2.2处治措施

从路况调查评定可以看出： K0+350～K1+020段路面评价为次，路面破损较为严重，但路基整体良好； K1+020～K1+200原路面PCI评定为差，路面破碎严重，存在大量的断板、板角断裂、裂缝等破坏类型。根据现场的实际情况，拟对原有路面进行如下处理措施：

表3 原有路面处理措施

K0+350～K1+020段拟对原路面进行破碎并碾压密实处理后作为下基层，在其上加铺上基层和面层。K1+020～K1+200板块破损严重，无法进行板块间传荷系数检测，拟对原路面进行破碎并碾压密实处理后作为底基层，在其上加铺上、下基层和面层。

3 “白改黑”施工工艺

3.1破碎工艺

路面大面积遭破坏、丧失了整体承载能力，断板率较高（20% 以上）或已不能达到结构强度典型“白改黑”工艺流程为：基层处治→板块破碎→碾压→摊铺水泥稳定碎石基层/碎石调平层→撒布透层油→撒布石屑→碾压→摊铺沥青面层→碾压。

破碎工艺^[3]一般是利用特殊施工机械，在对局部破坏严重的基层进行处治后，将旧水泥混凝土板块破碎成较小的粒径（即底部不超过37.5 cm，中间不超过22.5 cm，表面不超过7.5 cm），采用Z型压路机碾压后作为新路面结构基层或底基层工艺。板块破碎环节所采用的破碎设备可分为多锤头破碎、冲击破碎和共振破碎等几种工艺，每种工艺所采用设备的破碎碎块尺寸及结构有所不同。一般通过对破碎工艺的施工速度、工程造价、路面板材料再生利用率、旧水泥路病害处理程度、工程适用性几个方面综合考虑，对其进行分析评价后选择，本文选取多锤头碎石化和共振碎石化这两种常见的工艺进行研究。

多锤头碎石化技术^{[4] [5]}的工作原理是利用多个锤头的自重交叉起落均匀冲击路面，在牵引车的缓慢行进中,使砼板破碎成碎块。根据地基与面板强度来调整行车速度，从而调整锤头落距，以控制板块破碎程度。

共振碎石化技术^[6]的工作原理是使旧水泥混凝土路面与破碎机械产生共振，将旧水泥混凝土路面破碎成上部为砂砾，下部最大粒径不超过23cm的斜向嵌锁碎石层，且钢筋与碎石完全分离的就地碎石化技术。

图3多锤头与共振碎石化两种破碎方式比较的效果图

多锤头碎石化技术在落锤破碎冲击混凝土路面时，混凝土路面底部会产生强大张力，把破碎混凝土路面的一部分砸入路基，破坏了碎块相互之间的接触面（嵌锁结构），导致碎块的侵入损坏路基，碎块尺寸不一致，局部形成坚固点，局部为柔软点，导致路基的支撑能力和分散交通荷载的能力减小了而形成反射裂缝。

共振碎石化的低幅高频的共振冲击力在裂缝传播至混凝土路面底部时，破碎能量会消失，保持混凝土路面平整基层材料不会被损害或断裂。其破碎后的粒度上部较小，下部较大，具有嵌锁结构。且上部小粒度可更好地消除反射裂缝，也利于路面渗水的横向排除，同时下部较大的粒度提高了路基的承载能力，又可起到阻止渗水向下渗透的作用。

表4破碎工艺评估与选择

通过实验路段结果可知：多锤头碎石化技术基层当量回弹模量和底面拉应力比共振碎石化技术小62.64%和67.16%，多锤头碎石化技术路面板最大变形量比共振碎石化技术大2.03倍。因此秭归县城金缸城至曲溪连接道路市政道路路面改造工程拟选取共振碎石化施工工艺，以解决原水泥混凝土路面裂缝的反射问题，提高路面的使用年限。

3.2 新旧路面粘结处治

在“白改黑”工程过程中需因地制宜合理确定路面结构及厚度，过程质量控制要重点防止反射裂缝、保证新铺层与原路面的粘结力，同时要控制好施工各环节以提高新面层高温抗车辙性能、低温抗裂性能及水稳定性能等，为此拟在基层和面层之间铺设两层玻纤土工格栅^[7]。通过对铺设玻纤土工格栅实验路段和未设置段测量路面代表弯沉值、车辙深度、平整度，经计算可得路面行驶质量指数、路面结构强度指数、路面车撤深度系数。

表5 沥青混凝土路面技术状况指数一览表

通过上表可知：铺设玻纤土工格栅段路面行驶质量指数、路面结构强度指数、路面车撤深度系数均比未设置段要好，其可有效减少裂纹反射的数量和路面的车辙深度，增强了路面强度和刚度。

4 结论

本文结合秭归县城金缸城至曲溪连接道路工程城区某段路面改造工程项目，通过试验段实测数据，分析了 “白改黑”工艺中常见的多锤头与共振碎石化两种破碎技术优缺点，提出“玻纤格栅+共振碎石化”施工工艺。结果表明：“玻纤格栅+共振碎石化”施工工艺一是可以解决原水泥混凝土路面裂缝的反射问题，二是可以有效改善沥青混凝土面层和原混凝土路面板块层间粘结，大大提高了路面的结构强度和舒适性及使用年限。

参考文献

1. JTG 5210-2018,公路技术状况评定标准.北京.人民交通出版社股份有限公司,2018.

2. JTGD40-2011,公路水泥混凝土路面设计规范. 北京.人民交通出版社, 2011.

3. DB36/T 1318-2021, 旧水泥混凝土路面共振碎石化施工技术规范.江西.江西省市场监督管理局，2021

4. 张嘉伟,多锤头碎石化技术在旧水泥混凝土路面改建中的应用研究[D]. 江西:江西理工大学,2017.

5. 晁德志,马晓力,姚佳良. 旧水泥混凝土路面多锤头碎石化技术应用研究[J]. 公路,2008(7):148-152.

6. 王青海. 共振破碎改造旧水泥混凝土路面机理及效应研究[D]. 重庆:重庆交通大学,2011.

7. 赖俊辉,王秋霞. 玻纤土工格栅在水泥混凝土路面改造中的应用[J]. 中外公路,2004,24(4):134-136.

通讯作者简介：陈 皓（1988-），男，湖北黄冈人，硕士研究生，2014年毕业于华中科技大学道路与铁道工程专业，后一直在湖北省交通规划设计院股份有限公司从事道桥和隧道方面设计研究。