冲击压实技术已广泛应用于公路工程施工，但在旧水泥混凝土路面的改造中应用较少。在国道307石家庄市城建界—防洪堤段旧水泥混凝土路面改造中，使用了冲击压实技术，取得了很好的成效。8 W- ?4 A5 H5 ?3 V; |
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1 工程概况& r. j- w: j+ g; i7 t5 I
) H: A r7 c6 s" PG307石家庄城建界—防洪堤大修工程东起石家庄城建界，西止防洪堤，公路等级为一级，该段总里程3.533km。旧路为三块板，全宽33m，其中快车道宽15m，两侧慢车道宽7m，两侧花坛宽2m，旧路面结构为30cm石灰土+24cm水泥混凝土，路面破损严重，近几年多次进行挖补，但效果不佳。通过采用冲击压实技术，将原旧水泥混凝土路面冲击破碎碾压成型形成改建公路路面的底基层，在其上层铺筑18cm水泥稳定碎石基层和5+4cm沥青混凝土面层，既简化施工工序、保证施工期限，又节约材料、保护环境。
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2 k8 h3 e8 k W% Z, J# @2 冲击压实处理旧水泥混凝土路面的控制标准
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采用冲击碾压技术对水泥混凝土路面破损进行破碎改建时,冲击压实的主要作用是：破碎旧水泥混凝土板，减少新路的反射裂缝，提高破碎后路基路面的密实度与承载力。/ Y$ T, F3 ]. D
' i2 b' i2 R9 i冲击碾压破碎稳固旧水泥路面施工时，其控制标准主要有三个方面：
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6 r8 V9 T. f1 d$ U①旧水泥路面板块应破碎成45～75cm左右的板块，各板块之间应相互嵌锁，压实后的水泥板块不得过度破碎松散，否则应予挖除重新摊铺底基层材料；
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②冲击碾压后的沉降量趋于稳定，一般情况下应以最后2遍的平均沉降量不超过5mm作为控制标准，具体数值可结合实际情况，通过实验确定；* W% p3 H" a: [ y2 d6 Y% D- F
9 @- C1 }5 v9 z- O# Q/ Z③控制一定的碾压遍数，可根据旧路等级、原路基路面的质量状况等通过试验确定，一般四边形冲击压路机在7~15遍之间，五边形冲击压路机在10~20遍之间。对于冲碾25遍后仍达不到规定要求的，应停止冲碾，采用其它破碎机械予以破碎至设计要求，并用振动压路机压实。
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3 技术指标的检测与施工质量管理、验收
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* G: g1 P2 H9 e$ H8 M3.1检测指标
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(1)沉降量。定点沉降量检测包括冲碾前及每冲碾5遍后的标高，对于水泥路面的冲碾，10遍之后，每隔2遍应测一次沉降量，检测样本数不少于20个，水准仪的测量精度不小于1mm。对于地基冲碾、分层压实、路基(或路床)的补压、砂石及沥青路面的改建应根据试验大纲的图示要求宜用长6cm铁钉系红布作明确标记，准确定点，对水泥路面的标高检测位置可用红漆标记。平地机刮平时应注意保护带有红布条铁钉的检测点，即在检测点周围20cm的地方不得扰动。
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(2)弯沉检测。每个车道弯沉检测的样本数不少于20个，采用5.4m贝克曼梁，检测频率与沉降量相同。6 \9 O4 |. i2 h! `
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(3)破碎状况。根据原混凝土板的完好程度，宜将原水泥混凝土板进行分类，每类板检测6~8块，分别在冲碾0遍、5遍、10遍时检测尺寸，10遍后每隔2遍检测一次破碎状况，可通过照相、目测和尺量后描绘破碎示意图，也可在检测的断裂面板上洒水待风干后以裂缝的湿印作为边距进行描绘。8 q, x+ S6 d5 V' A" M# U, ?
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3.2施工质量管理与验收" J0 |# y) S& C
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(1) 铺筑试验段。采用的冲击压路机型号是否合适；冲击碾压能否达到预期效果；确定冲击碾压的标准施工工艺；确定合适的质量检测方法；确定合理的质量控制标准。
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(2)地基的冲击碾压、路堤的分层冲击碾压、路堤(床)的增强冲击补压、砂石(沥青)路面的改建冲击碾压以施工工艺、沉降量控制为主，结合DN值与密实度检测结果进行控制。6 i# a' I4 D1 h8 y; Y
$ H- C6 M3 M& ^* \9 f; Z, ?) B" {(3)旧水泥路面的冲击破碎以施工工艺、沉降量、面板破碎程度与弯沉检测结合进行控制。$ N3 K* ~& j: V( T1 m* q2 ]7 v( h
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4 压实效果分析1 D" U* g0 ^' f [* P: \
2 y" M% X4 r# y4.1主要试验安排3 X; w5 g( N2 H# x
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为了便于比较，把冲压前原路面分为四类板块：①板块完好且无脱空；②板块完好但有脱空板；③有1~5条裂缝；④有交叉裂缝或破裂沉陷。
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* Y" [1 G: w! i: t* S. F4.2 评价施工效果的主要检测内容
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①冲压相关遍数后的裂缝和破裂观察；
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②沉降的观测，采用标高测量的方法，有针对性的选择不同路基类型、不同路面状况进行标高测量，并且通过前后标高对比得到冲击压实前后的沉降变化。在试验中标高测量断面距离约为20m，每个横断面上设三个测点，分别布置在左右幅路中、道路中心线处三点；' _: m6 l! P \4 P5 Y6 X' {# @. q
1 o9 E1 C5 n( A6 Z% L+ ^; l③冲压前后对混凝土板取芯观察；
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" S, H: e/ u6 @; g" U④土基的相关测试：含水量、压实度测试，土的液塑限测试等。- H# Q, v& E7 ^ ~$ q
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4.3 破裂分析9 a0 o- F p7 |1 w1 g# M* N
; k- x" E; T( Y0 v(1)裂缝和破裂观察5 `3 T2 }" J1 k: q) x' W2 W
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旧水泥混凝土面板经过冲压后，纵向裂缝通常从板顶向下扩展，横向裂缝可能从板底向上扩展，而裂缝是否贯穿板厚、裂缝的宽度多大、裂缝是否张开、板块间是否保持嵌锁作用等，将直接影响所处理旧板的承载能力，故有必要对这些裂缝状况进行深入了解。本路段对裂缝扩展的观察采用目测、取芯、照相及录像等记录方式，注意观察各种不同地形地貌路段、不同板块冲击后的裂缝发展情况，通过各种表面裂缝形式的取芯对比观察，总结了冲压后裂缝在旧混凝土板块中的扩展规律。/ ?7 z5 y6 M; u) I) r( `+ z+ T4 _
( e5 g" p1 `0 H' U, J7 ^(2)水泥混凝土板块表面裂缝分析1 a; G0 L8 t2 ?3 L0 g# s# R
( z6 U9 ^9 z, j# n& C1 l旧水泥混凝土板块经过冲击压实机作用以后，纵向裂缝最先表现出来且发展比较明显。随着冲压遍数的增加，横向、斜向裂缝逐渐表现出来，最终形成网状裂缝并破裂。裂缝的宽度、破裂的程度随地形、混凝土板下的地基、板块混凝土破损状况或强度、板块的周边约束等的不同呈现很大的差异。各种不同的表面裂缝及其相应位置取芯的裂缝扩展情况如下：. ~- [3 g$ B% O9 ~& G, T4 V- a& Q/ [
9 R3 F. S9 _2 g8 y对前述试验安排中所划分的①、②类板块，冲压第1、2遍后仅出现微小裂缝或不出现裂缝；冲压5遍后，均出现间距约40~80cm的纵向裂缝，且每块板有1～2条贯穿板长。随着冲压遍数的增加，逐渐出现横向和斜向裂缝，进而形成网状裂缝。原板块间已经错台的，说明道路基础薄弱或已有脱空沉陷，因而冲压后表现出明显的纵向及横向裂缝，并较早形成网状破裂，网块尺寸约为40~70cm，原错台加剧，并出现严重破裂，局部压碎；原基础软弱处，裂缝表现明显，且间有网状缝出现。3 m: c% k \, _! z- z2 S8 y& X8 i/ t, A
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对于③、④类板块，既有裂缝一般都是由于板下基础较弱所至，原已形成一定程度的破碎块，冲压将原有大块混凝土击碎成更小尺寸，其主要作用是对基础进行夯实稳固，冲压初始(5遍)均在原有裂缝基础上发展成网状裂缝或生成新裂缝，有些破裂明显，缝间距约30~50cm；冲压10~15遍后，网状破裂加剧，缝缘处甚至粉碎性破碎。此时，过度冲压(15-20遍)会造成混凝土块粉碎而不利于稳固，甚至形成“弹簧”现象，并影响加铺层。 @' }; B4 }8 m- o5 S) }
6 a4 p4 m% m' J# P) j(3)裂缝发展及混凝土破裂作用评价9 P4 V: R4 ]% X) ]
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一般冲压后在混凝土表面可以观察到如下三种裂缝形式：①表面看只出现尚未张开的微弱裂纹，或在局部仅有一条细小的裂缝；此裂缝为代表性裂缝，一般发展深度较浅，裂纹在板顶向下5cm左右范围内基本呈竖直向扩展，但往下便斜向且稍有发展，或者发展停止。这种情况说明，冲压仅仅导致混凝土表面微弱裂纹，其裂缝发展无法贯穿整个板厚(24cm)，不足以消除破裂板的竖向位移，即难以将旧板稳固到土基上，只在旧板表面形成片裂，对土基的压实作用不明显，很难起到稳固的作用，因而对加铺层的稳定不利。
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- O0 K' H7 H; ~7 c, }: z$ X6 P②表面看出现1~3mm宽裂缝，明显张开、甚至部分裂缝边缘局部碾碎成粉状；此裂缝不仅贯穿整个板厚，并且裂缝发展曲折复杂、纵横交错，对其取芯，可以看到芯样碎成数十块。这说明碎板间的嵌锁或咬合能力完全丧失，随之旧板的整体性也完全丧失，应该说旧板是可以稳固到土基上的。; g) U3 @2 @. V( J
7 x% A2 ^0 L" u7 B# z③表面看裂缝宽度约1~3mm，但无明显张开、也没有局部碾碎。此裂缝是形成的另外一种典型裂缝。这种裂缝一般贯穿整个板厚(约24cm)，且中间产生分叉裂缝以及斜向交错的裂缝，使混凝土形成一定程度的破裂。这种破裂足以形成一定的沉降，对基层具有很好的压实作用，使得原来混凝土板块与基层之间可能的脱空得到填补。另外，混凝土块之间的由于斜向交错的裂缝存在而具有一定的嵌锁或咬合作用，这种作用既能消除板块的竖向位移，将旧板稳固到土基上，又能使旧板保持一定的整体性，而且能够充分利用旧板的部分残余强度。基于上述理由，可以认为这种裂缝的产生是冲击压实较为理想的结果。" y" S( `9 t/ A+ A, T, p4 O1 J# k0 v$ P
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综合上述分析可以看出，冲压所形成的裂缝一般都不是竖向向下发展的到达基层，而是与竖直方向成一定的角度，产生向下的斜向裂缝，或形成相互交错的裂缝。这种斜向裂缝形成一种锯齿状的接触面，有利于清除混凝土板竖向位移，而板块之间形成的嵌锁或咬合作用则对发挥旧板的残余承载能力有利。
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- _0 C+ R& }; o7 t" G! l- I(4)沉降分析
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# P& Z4 A0 Y5 S+ k, v冲压后沉降相当显著。相关分析以及研究表明，冲压5遍、8遍、10遍后，路面相对原地面的沉降量增长较快；超过15遍后，相对沉降量增长变缓。从本路段的相关沉降结果看来，沉降值绝大部分都在6cm以下，而且路中产生的沉降量较小。这种情况的出现可能与土基在冲击压实后的固结有关。当左右两幅路面先后进行冲击压实后，土基中的水先行向不受约束的路基两侧消散排出，从而使左右两幅的路基有可能向两侧发生一定的侧向位移而使路表产生较大沉降，而路中线部分受两侧挤压约束较强，致使路中沉降相对较小。这种侧移现象在部分高填方路段比较明显。8 N5 i: c! P1 f7 Q6 M& E2 k0 I
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(5)弯沉分析
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% f4 H. Y- ]7 P冲压后路面的弯沉值变化同样显著，相关分析以及研究表明，冲压5遍、8遍、10遍后，路面相对原地面的弯沉值增长较快；超过15遍后，相对弯沉值增长变缓。
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(6)压实效果
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! [" d2 Q* p) z路基形式的不同还有可能导致冲压后路的左右两幅产生一定的沉降差，产生这种情况的原因是该路段为半填半挖或高填方路基，甚至有可能是两侧路基压实度或含水量的不同，由于填方路基可压缩层厚度较大，且冲击荷载作用深度较大，故相应产生的总沉降也较大，使路基压实更密实，可以说对路基起到一定的补压作用。
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S0 _+ t, |& r+ V5 R高能量冲击对路基产生较为明显的影响，还表现在以下方面：
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' @& a% }$ b, r3 O1 y: X①对于土基天然含水量超过最佳含水量30%以上地段，当冲压12~15遍时，即开始出现“弹簧”现象，如果继续冲压，只会加剧“弹簧”现象向深层发展，使路基土彻底丧失原有强度。故对于“弹簧”现象严重的地段，一般需换填片石加碎石予以改善。8 @3 B' ^) a. k% h
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②原路基压实度在70%～90%之间的路段，在高冲击功(15~20遍)作用下，尽管整体沉降显著，但土体本身压实度难以明显提高，一方面是由于原路基土空隙较大，为碎板的嵌入提供了条件；板下土体发生整体位移，较严重处路堤边沟侧壁有1～2cm的横移现象，基础的较大天然含水量导致密实度难以明显提高。而那些原来含水量接近最佳含水量的地段，冲压后密度可提高5%～8%。8 z% o) a- U, H* W) X' G
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5 结论
0 P/ \, Z: x3 s' o+ C, v- y4 i/ R
$ S0 z% B% y5 e" ^) Z5 x（1）冲击压实技术可以很好地解决旧水泥混凝土路面改造。将旧水泥混凝土路面改造成沥青路面的底基层，既使旧水泥混凝土路面得到合理利用，又保护了公路建设环境，是一种非常好的施工技术；
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（2）一般可以根据表现的冲击效果(裂缝、沉降的发展)并结合施工实际来预测所需冲击压实的遍数；3 |- l7 ~/ G, R' g) w
/ O) X. Y9 v: ?（3）冲压致使板块破裂但仍保持一定的嵌锁作用，将有助于旧路面整体的稳定性，发挥旧路面的残余承载力，达到较好的破裂稳固的效果；
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3 J& x( g5 t* Z! v6 P3 T, z（4）通过双轮式冲击压实机的冲压作用可使旧路面获得较大的沉降，路基得到一定的压实，并对旧路基起到一定的补压作用。
