李英杰，张宿峰

(绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段大修工程指挥部)

1 概述

目前，我国多数采用加铺沥青混凝土面层方法改造的旧水泥混凝土路面，加铺沥青层后，原有旧水泥板作为基层或底基层，这种复合结构涉及刚性、柔性两种路面结构形式，处理不当，就会在罩面层对应于旧路面板接、裂缝的位置上出现反射裂缝，严重影响改造后的路面使用寿命，因此必须对旧水泥混凝土路面进行处置后方可进行加铺。国内外大量研究表明：根据原路面破坏状况，对旧水泥混凝土板采用冲压破碎稳固技术是一种有效的处置措施。

绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段旧路大修工程起于K165+120，终于 K431+390.3，全长 266.27Km。根据对原旧路路面调查结果，初步设计是在重新铺筑路面结构前，对原路面结构采取不同方式分段修补、处理的设计方案合理可行。对K179+980～K224+800、K227+300～K337+420段原二级路半幅，K166+606～K179+980、K337+420～K400+500段牡丹江至哈尔滨方向，K400+500～K431+390.3段高速公路全幅路面进行打裂处理。

2 旧水泥路面加铺层反射裂缝

2.1 形成机理

旧水泥混凝土路面板裂缝一般出现于板底脱空处，这是由于在脱空处水泥板变形较大，板底面所受拉应力远大于未脱空处，而水泥混凝土的抗拉强度远低于抗压强度，因此会导致水泥板从板底发生开裂，在车辆荷载的反复作用下，板底反复受拉，裂缝逐渐向上延伸，并最终贯通全板，形成裂缝，而两条裂缝之间的水泥板形成壳体结构。研究证明，旧水泥板的水平位移和在板缝或裂缝两侧板的相对垂直位移是造成旧水泥路面沥青加铺层反射裂缝的主要原因。

水平位移由温度及湿度变化引起的。一年四季冬冷夏热的温度变化造成水泥板的收缩与膨胀，一天昼夜的温度以及湿度变化都会造成旧水泥板的变形，从而引起水泥板接缝处的水平位移，使加铺层产生应力集中，诱发反射裂缝的发生。而水平位移的大小也与板的大小有关，板越大水平位移也越大。

垂直位移由交通荷载作用引起。在行车荷载的反复作用下，加铺层受到两种应力的反复作用，因此随着时间延长，加铺层就会出现反射裂缝。形成原理如图1所示。

2.2 防止反射裂缝的措施

考虑到我国的公路状况以及大部分地区的气候条件，垂直位移应当是大部分水泥路面加铺层反射裂缝的主要原因，只有在季节性温差或日温差较大的地区，水平位移可能是主要因素。因此，对于垂直位移，应当以消除板底脱空为主，对于水平位移，以尽量减小水泥板尺寸为主。

图1 加铺层反射裂缝形成示意图

3 冲压破碎稳固技术

冲击破碎稳固技术是近年来国内外在旧水泥混凝土路面修复中应用较多的一种技术，实际工程中被称为蓝派打裂，是采用冲击压实机利用机械方式将旧水泥板破碎成一定尺寸后，再使用碾压设备将破碎后的水泥板稳固到路基上的一种工艺。冲击压实机由牵引机和压实轮两部分组成，如图2。

图2 五边轮冲击压实机

冲击压实作用原理如图3所示，压实轮曲线从最大半径滚动至最小半径处时，产生远大于冲击轮自重的冲击作用力，旧水泥路面板在其作用下产生裂缝，裂缝逐渐贯穿全板并形成网状开裂。随后地表给压实轮的支持力逐步增大，呈现大于重力的揉压过程，并越来越大。当其再次滚动至最大半径处时，存在支持力等于重力的过程，破碎后的水泥板在揉压、碾压的作用下，被稳固在基层上。因此，冲压破碎稳固技术除了可以解决反射裂缝的问题外，它对路基和基层的稳固，起着非常重要的作用。

图3 冲击压实作用示意图

4 牡哈大修工程应用方案

4.1 试验准备

采用五边型冲击式压路机进行冲压，每个冲压轮宽80 cm，冲压轮间距115 cm，自重16 t，冲击压实力320～1 000 t，牵引速度8～15 km/h。只对行车道及超车道面板进行冲压，边板不进行冲压。冲压时距离板边部38.7 cm。为了确保整块面板冲压过程中受力点布设均匀，每车道采用错轮但不重叠的方式进行冲压，即第二次冲压时，冲压轮从两次轮迹通过。冲压轮与面板接触一次记为一遍。如图4所示。

图4 错轮冲击示意图(单位：cm)

对冲压段落行车道及超车道的每块板进行编号，200 m共计76块面板。每隔一块板，在板中间设置一个断面，每断面6个点，分别布设在距板边缘40 cm处及板中间，测量不同冲压遍数沉降量。

4.2 试验分析

4.2.1 沉降量

试验段沉降量测量共设置38个断面，114个点。冲压2遍未沉降反而变高的点有26点，占总量22.8%。表明冲压2遍后局部翘起，未达到稳固状态，去除翘起的点，其他检测点冲压2遍计算平均沉降量为1.57 mm。

冲压四遍后高于未冲压前的点有6个，其中有3个与第二遍冲压翘起的点位置相同，其他三点数据离散过大，作为无效数据剔除。高于第二遍冲压但低于未冲压前的点有10个。上述点计算冲压4遍后增加的平均沉降量为3.28 mm，总平均沉降量为4.85 mm，大于该段落的平均脱空量。

4.2.2 板块断裂情况

冲压前多数混凝土面板存在纵向裂缝，个别存在板角断裂及横向裂缝，还有某些面板冲压前没有裂缝。冲压两遍后，首先出现一至两条纵向裂缝，平行于原有纵向裂缝，并贯通整个板块，与原有纵向裂缝间距在1.5 m左右，同时产生6～8条不规律的横向及斜向裂缝，长度一般在1.5 m左右。冲压4遍后增加裂缝8～10条，一部分沿第二遍冲压后产生的裂缝延伸，一部分在第二遍冲压出现的裂缝之间出现新的短裂缝，同时一部分细小裂缝较难发现。

冲压4遍后产生的碎裂的板块大小不均匀，一块面板碎裂成20块左右。同时纵向整板贯通裂缝较宽，宽度在1 mm左右。横向、斜向不规则裂缝较细，宽度在0.2 mm左右。图5为现场部分水泥面板被冲击后裂缝情况的手绘图。

4.2.3 取芯情况

冲压2遍后对细小的横向裂缝位置除进行了取芯，裂缝贯穿至板底。冲压4遍后破除面板对基层取芯，未取得完成芯样，但人工破除基层时，基层强度较高，整体性较好，冲压未对基层强度造成影响。

图5 水泥面板冲击后的裂缝手绘图

4.3 方案确定

冲压2遍沉降量1.57 mm，小于雷达检测脱空量，冲压4遍时累计沉降量达4.85 mm，大于等于雷达检测的平均脱空量，所以要解决脱空问题，需要冲压4遍以上。

冲压4遍时，产生的裂缝间距120 cm左右，并且局部裂缝较密集，间距50～80 cm，为了避免板块过度破碎，打裂遍数不宜超过4遍。冲压4遍后，尚有11.4%的活动板块未完全稳固，所以冲压后要采用胶轮压路机稳压2遍。

5 结论

绥满高速公路牡丹江至哈尔滨段大修工程采用冲击破碎稳固技术对旧水泥混凝土路面进行打裂稳固。通过试验段确定蓝派打裂的方案，即使用五边形冲击压实机，错轮冲击4遍。