上海市闵行区交通设施管理中心
摘要：共振碎石化是一种旧水泥砼路面破碎利用技术，就是将原有的水泥砼路面就地破碎成小颗粒，经碾压压实后喷洒乳化沥青透层油并进行同步纤维碎石封层后直接作为基层，再在其表面直接加铺沥青砼面层的工艺。共振碎石化技术起源于美国，2005年上海市公路管理处率先引进了该项技术并逐步应用于上海的公路大中修工程中。该技术充分体现了环保性，既解决了沥青砼路面发生反射裂缝的问题，又能节约大量路基材料以降低工程造价，同时具备施工周期短、交通影响小的特点。本文通过金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程路面改造研究，为共振碎石化技术在城市化地区道路大中修工程中的应用、推广提供参考。
关键词：旧水泥砼路面；共振碎石化；反射裂缝；金都路（老沪闵路～S4）
1、引言
近些年，随着我国水泥砼路面通车里程数的逐年增加和使用年限的不断延长，需要维修和改造的旧水泥砼路面也越来越多。在各种翻修旧水泥砼路面方案中，采用在原水泥砼路面上直接铺设沥青砼面层，使原来的水泥砼刚性路面变为沥青砼柔性路面，即“白加黑”，以及把原水泥砼路面翻挖改建为沥青砼路面，即“白改黑”，是上海传统的两种旧水泥砼路面改造方式。“白改黑”工程费用高、噪音大、废料多、不节能不环保且工期长，施工时对交通影响极大，所以不提倡采用，尽可能首先考虑“白加黑”。然而“白加黑”最大的问题是路面容易产生反射裂缝。改造后的沥青砼面层在车辆荷载累积和自然因素的作用下会形成荷载型反射裂缝和温度胀缩型反射裂缝，致使路面使用寿命大大缩短。传统的水泥砼路面改造方式已很难从根本上解决反射裂缝发生的问题。
2005年，共振碎石化技术被上海市公路管理处从美国引进并逐步应用在上海的公路大中修工程中。共振碎石化技术的运用，消除了旧水泥砼面层引起其上方沥青砼加铺层内出现的应力集中，基本解决了“白加黑”产生反射裂缝的问题。由于闵行区的公路呈现“城市化”特点，通过金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程铣刨沥青砼面层后将旧水泥砼路面共振碎石化再铺设沥青砼面层的实施，分析、研究共振碎石化技术在闵行区“城市化”公路上的应用条件并总结经验，为日后城市化地区水泥砼路面共振碎石化改造的应用、推广提供参考。
2、金都路（老沪闵路～S4）概况
金都路（老沪闵路～S4）位于上海市闵行区颛桥镇，呈东西走向，西起S4（沪金高速）交叉口东侧，东至老沪闵路（含交叉口），全长753m。道路等级为二级公路（城镇段）标准，设计速度：40km/h。路幅布置为双向4快2慢，城镇化断面。道路宽度为32m。断面布置形式为：3.0m（北侧人行道）+1.5m（绿化带）+3.5m（非机动车道）+1.5m（机非分隔带）+15.0m（机动车道）+ 1.5m（机非分隔带）+3.5m（非机动车道）+2.5m（南侧人行道）=32m。机动车道全线为沥青砼路面（本段金都路1998年新建时为水泥砼路面，2012年在原水泥砼路面上加铺沥青砼面层）。
原机动车道路面结构组合：
10cm沥青砼面层；
22cm水泥砼板块（fr=4.5MPa）；
30cm粉煤灰三渣基层；
15cm碎石垫层。
3、金都路（老沪闵路～S4）交通状况及分析
金都路（老沪闵路～S4）作为颛桥、梅陇区域东西向的主要道路，由于其与过境高速公路S4出入口匝道平面交叉，大量的车辆进出S4必经本路段所在范围，其中大量货运车辆通过本路段进出沪闵路以西的莘庄工业区和龙吴路沿线的吴泾工业区。故本区域道路交通十分繁忙，车流量较大，客车、货车的比例较高。
经实地观察监测，本段金都路高峰小时交通流量调查结果如下：
表1 日交通流量表（辆/h）
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根据日交通流量调查，现状流量以小型客车和中、小型货车为主，通过的大型车辆也有相当比重，设计年限内累计单车道当量轴次Ne=1.66×107，金都路（老沪闵路～S4）交通量等级为重交通。
4、金都路（老沪闵路～S4）路面状况分析与评价
4.1 路面破损状况
4.1.1 沥青砼面层
根据现场调研情况，沥青砼路面损坏状况指数（PCI）较差，路面存在较多的裂缝、灌缝、修补、坑洞等，随着运营时间的增加，病害情况将会进一步加重。
表2 PCI调查统计表
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本段金都路沥青砼路面病害以裂缝类为主，主要是因为水泥砼板块基层的反射裂缝所致。反射裂缝主要位于老路水泥砼板块板缝处，部分则因老路基层脱空导致原水泥砼板块断裂而造成。
4.1.2 水泥砼板块基层
结合金都路（老沪闵路～S4）段的实际情况，本路段为二级公路城镇段，水泥砼板块断板率作为原水泥砼路面损坏状况的主要控制指标。由于原水泥砼路面已经加铺了沥青砼面层，断板率需根据沥青砼路面反射裂缝情况进行分析统计。评定标准如下表：
表3 路面损坏状况分级标准
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表4 断板率调查表
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从上表中可以看出，本路段水泥砼板块损坏较严重。
4.2 路面行驶质量
根据现场调研情况，路面行驶质量（RQI）等级判定为“差”。由于水泥砼板块基层的反射裂缝逐渐加重，随着运营时间的增加，道路平整度指数将会进一步衰退。
4.3 原水泥砼板块接缝传荷能力
对金都路（老沪闵路～S4）段机动车道进行路面弯沉测试，结果如下：
表5 金都路（K0+028.707—K0+800）机动车道路面弯沉测试成果汇总表
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根据检测结果，代表弯沉值均大于0.5mm。同时，根据现场情况，路面遍布板块纵横向反射裂缝，说明本路段原水泥砼板块基层的接缝传荷能力基本丧失，评价为“差”。
4.4 路面状况评价
金都路（老沪闵路～S4）现状机动车道路面虽为沥青砼路面，但由于是在原水泥砼板块上直接加铺沥青砼面层而来。经过多年运营和车辆荷载的不断增加，造成部分水泥砼板块出现了破碎板、贯穿裂缝及板角断裂，沥青砼路面出现了基层板块反射裂缝、车辙、坑槽、井框差等大量病害，道路平整度和结构强度均有不同程度的下降，使车辆行驶的噪音难以消除，也影响了行车舒适性和安全性。虽然进行了灌缝、修补等日常养护，但路面强度与行驶质量均不能满足要求。故需对该段机动车道路面进行大修以改善现有路面状况，提高该段道路的服务水平，为附近居民创造一个良好、舒适的生活环境。
5、路面改造方案比选与分析
5.1 金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程特点
经过现场踏勘，金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程有以下特点：
（1）本工程道路两侧为中高档住宅区，故应确保工程实施后5～10年的使用效果，以降低扰民的频率。
（2）本工程道路两侧大部分为绿化，无商铺门面，路面标高可适当抬高。
（3）本工程范围内的金都路为进出S4、沪闵路以西的莘庄工业区和龙吴路沿线的吴泾工业区的必经通道，交通流量较大，故应严格控制工期。
5.2 路况调查情况及维修对策
根据路况调查，金都路（老沪闵路～S4）沥青砼路面损坏状况指数（PCI）较差，路面代表弯沉值均大于0.4mm，不符合养护规定值要求；原水泥砼路面板块断板率平均为15.4%且板块的接缝传荷能力较差。
表6 水泥砼路面维修对策
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5.3 路面改方案介绍
结合《路面设计规范》（DG/TJ08-2131-2013）中的处理方案与以上工程特点，金都路（老沪闵路～S4）机动车道路面改造应在铣刨沥青砼面层后对原水泥砼路面进行合理处治再加铺沥青砼面层。下面将对三种路面改造方案进行介绍。
5.3.1 方案一：铣刨原沥青砼面层，修缮水泥砼板块基层后加铺沥青砼面层
本方案在铣刨原沥青砼面层后，挖除破损断裂的水泥砼板块基层并重新浇筑混凝土，恢复原混凝土板块接缝传荷能力。在对水泥砼板块基层修缮后，清理板块的纵、横向施工缝并用2：1沥青石粉混合料灌缝，再骑缝铺设宽度1m的聚酯玻纤布，最后铺设沥青砼面层。
路面结构组合如下：
铣刨原沥青砼面层；
4cm SMA-13（SBS改性沥青）；
8cm AC-25C；
聚酯玻纤布；
挖除破损断裂的水泥砼板块基层后重新浇铸22cmC30砼
15cm级配碎石
5.3.2 方案二：铣刨原沥青砼面层，对水泥砼板块基层共振碎石化后加铺沥青砼面层
本方案采用单头共振式破碎机，对基层和地下管线影响小，噪音较小，效率高。相邻两段金都路（沪闵路～都市路）和金都路（老沪闵路～莲花南路）分别已于2013年、2015年完成了大修，均采用共振碎石化后加铺沥青砼面层工艺。经过5年以上的运营，目前路面状况良好，道路平整度较好。
本方案在铣刨原沥青砼面层后，对水泥砼板块基层共振碎石化再喷洒乳化沥青透层油并进行同步纤维碎石封层后直接作为基层，最后铺设沥青砼面层。共振破碎后沉陷的路段采用级配碎石或沥青稳定碎石衬垫。对已出现纵横向贯缝、交叉裂缝的水泥砼板块及破损的老路基层需全部挖除并重新浇铸22cmC30砼+20cm级配碎石补强，再全线一并共振碎石化；如果水泥砼板块破损但基层尚好时，挖除原水泥砼板块后用22cmC30砼进行补强，再共振碎石化。补强结构中的C30水泥砼可采用添加早强剂或提升混凝土标号至C40来缩短养护时间以减少对交通的影响。
路面结构组合如下：
铣刨原沥青砼面层；
4cm SMA-13（SBS改性沥青）；
6cm AC-20C（SBS改性沥青）；
8cm AC-25C；
0.8cm同步纤维碎石封层；
水泥砼板块共振碎石化后洒布乳化沥青（PA-2，用量4kg/㎡）。
5.3.3 方案三：翻挖新建沥青砼路面
本方案是将原路面结构全部彻底挖除，再新建水稳基层后重新摊铺沥青砼面层。采用本方案可以彻底根治原路面的各种病害，道路的使用年限将大大延长。
路面结构组合如下：
4cm SMA-13（SBS改性沥青）；
8cm AC-25C；
0.6cm稀浆封层；
36cm水泥稳定碎石；
15cm级配碎石。
5.4 路面改造方案比选分析
根据道路现状及以上三种方案的介绍，对三种路面改造方案进行技术经济对比分析以选择最佳路面改造方案。详见下表：
表7 金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程路面改造方案比选表.png)
5.4.1 方案一分析
方案一（铣刨后修缮水泥砼板块再加铺沥青砼面层）虽然工期较短，投资最省，但存在使用年限短、工艺复杂且质量不易保证以及施工时对交通影响较大的弱点。
5.4.2 方案二分析
方案二（铣刨后共振碎石化再加铺沥青砼面层）施工工艺简便、工期短、施工时对交通影响小，同时可确保5年以上的使用效果，且造价适中。本方案通过共振，将原水泥砼路面破碎成上层相互嵌挤，下层相互嵌锁的水泥砼碎石粒料层。破碎后的碎石粒料的粒径较小，经压实后形成相互嵌挤的稳定结构，避免了原水泥砼板块在裂缝、接缝处的水平及竖向位移，消除了原水泥砼板块裂缝向上反射的应力，能从根本上解决沥青砼路面出现反射裂缝的问题。该段金都路距离道路两侧住宅区至少30m，采用共振碎石化工艺对道路沿线居民日常生活影响不大。
5.4.3 方案三分析
方案三（翻挖新建沥青砼路面）虽对道路病害处理得最彻底，路面使用年限也能够保证，对两侧建筑地坪基本无影响，但工期最长，施工时对交通影响极大，且造价最高。
5.4.4 方案比选结果
考虑到金都路（老沪闵路～S4）交通流量大，如采用方案一和方案三，对现状繁忙的交通影响较大。综合考虑金都路（老沪闵路～S4）在闵行区公路交通中的重要地位、现场交通量状况、路面损坏状况指数（PCI）、基层水泥砼板块破坏情况（平均断板率达15.4%）、技术经济比选以及金都路相邻路段已实施共振碎石化改造所累积的经验，采用方案二作为本工程机动车道路面改造方案：先铣刨原沥青砼面层，再就地共振碎石化，旧水泥砼板块经碎石化处治后作为基层，最后加铺沥青砼面层，
6、共振碎石化技术应用效果评价
金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程于2020年9月份完工，一次性验收合格。机动车道沥青砼路面平整度、压实度及顶面弯沉值均符合设计要求。该路段运营使用已有一段时间了，沥青砼路面未出现反射裂缝且使用状况良好，不仅节省了路面养护和维修的费用，而且降低了行车噪音，提高了行车舒适性和安全性，取得了很好的经济效益和社会效益。
从金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程应用共振碎石化技术的效果来看：共振碎石化技术不仅施工程序简便，效率高，而且扬尘较少，噪音低，对交通影响小，还能节约路基材料，大大降低了工程造价。以下通过表格进行性价对比：
表8 金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程路面改造施工效果评价对比表.png)
7、结论与展望
综上所述，共振碎石化技术是一种将旧水泥砼路面改造为沥青砼路面的工艺。与传统旧水泥砼路面改造施工工艺相比，共振碎石化技术具有“更高效、更安全、更节能、更环保”等特点，能够有效避免沥青砼路面反射裂缝的发生。通过对上海金都路（老沪闵路～S4）道路大修工程路面改造的研究和经验总结，期待共振碎石化技术在城市化地区道路大中修工程中得到更加广泛的应用，从而也必将取得更好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]《路面设计规范》（DG/TJ08-2131-2013）
[2]《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）
[3]《公路大中修工程设计规范》（DG/TJ08-2191-2015）
[4]《旧水泥混凝土路面共振碎石化技术规程》（DB31/T828-2014）
撰写日期：2021-1