水泥混凝土路面的破碎與固定技術

王洪海

(唐山市交通局公路管理站)

1 引 言

唐山市國省干線水泥混凝土路面總長度超過 500 km,且已基本上達到了使用年限,隨著近幾年交通量的增長和重載車輛的增加,對路面損壞非常的嚴重。按照《公路養護技術規范》規定,水泥混凝土路面綜合評定指標為優、良,壞板率在 5%～15%的路段,除按正常的養護程序進行接縫、裂縫修理以及破碎板處理外,宜安排大中修進行處置;對路面綜合評定指標為中、差,壞板率在 50%以上的路段必須進行改善。為此,我們曾在部分水泥混凝土路段,嘗試過鉆孔壓漿并加鋪結構層的方法來改善水泥板體的穩定性,但由于各路段水泥混凝土板體及基層的破損程度不同,導致各路段的鉆孔壓漿效果參差不齊,基層狀況較好的,路面反射裂縫較少,基層狀況差的,路面反射裂縫較多,且會出現坑槽和松散等現象,以上病害采用一般的養護修復手段是不行的,水泥混凝土路面的破碎與固定技術是修復水泥混凝土路面并改善其基礎的一種有效方法。

2 破碎與固定技術的原理

在舊水泥混凝土路面板上加鋪瀝青混凝土結構層,是修復水泥混凝土路面的常用技術,但由于水泥板體的不連續性,導致加鋪層很容易出現反射裂縫,通常我們認為,反射裂縫產生的力學機理是加鋪層承受原路面因垂直和水平位移引起的應力。垂直位移是下層路面接縫、裂縫處的不均勻位移,是溫度和含水量的變化引起的膨脹和收縮造成的。除下層路面板的溫度和含水量的變化以外,裂縫和接縫處的總位移還受板長的影響。

另外,位于加鋪瀝青面層之下的開裂版,其水平位移也會引起裂縫上方結構層部位的很大的拉應力。同樣,垂直位移也引起了加鋪層內的很大的剪應力。因為瀝青混凝土面層在較低溫度時,抗彎強度較低,所以,也只能承受較小的溫度應力。車輛通過裂縫或接縫會引起不均勻的垂直位移,這種位移的量取決于接縫或裂縫處的荷載傳遞以及下層混凝土板內產生的位移。

因此可見,如果將水泥混凝土板體的長度縮短,也就相應降低了板的收縮位移,從而降低反射裂縫出現的幾率,降低水泥混凝土板體長度,也就是將板體破碎成小塊,以上過程就是水泥混凝土路面的破碎;水泥混凝土路面板體破碎后,水泥混凝土塊與塊之間要形成嵌鎖,使碎塊均能與基層接觸以提高該結構層的承載能力,此過程就是水泥混凝土路面的固定。

因此說水泥混凝土路面的破碎與固定技術是控制加鋪層反射裂縫的一種方法,破碎與固定的目的就是將水泥混凝土破碎成小塊,以消除產生反射裂縫的溫度應力,并使塊體與塊體之間形成嵌鎖,增加基礎結構的強度,對其上的加鋪層提供較好的支承。

2 破碎與固定技術的實施要點

2.1 破碎

破碎與固定是在保留水泥混凝土路面結構的某種程度完整性的同時,將其破碎成邊長 40～60 cm碎塊的過程,而不是把水泥混凝土路面變成尺寸較小的碎塊。破碎形式應既能使板的過渡位移(垂直的和水平的),又能使板作為加鋪層穩定的基礎結構。破碎的水泥混凝土塊,可以適當有一些大于 60 cm的碎塊,但超出 60 cm的碎塊不能超出破碎總量的 20%。

2.2 固定

水泥混凝土路面經過破碎以后,應將混凝土塊穩定到基層上,固定板塊的目的是各點均能與基層接觸,從而提高承載能力,只有以足夠的重量作用于路面并用碾壓機械碾壓,才能消除板塊松動。如果板塊固定不當,混凝土塊就會松動,并會引起加鋪層更為嚴重的反射裂縫。因此,對于水泥混凝土破碎板塊的固定,要求水泥混凝土板塊不能有任何松動。

3 破碎與固定技術的施工方法

3.1 破碎與固定分步實施

就是將破碎與固定分成兩個工序進行。首先是破碎,主要是利用各種型號的沖擊錘及共振式路面破碎機等將路面破碎,破碎前要確定錘的破碎點,一般錘距為 50 cm左右,以梅花狀分布。其次是固定,固定的方法是用重型靜壓路機碾壓,以重型輪胎壓路機為首選,因為,鋼輪壓路機或振動壓路機在碾壓時,接觸面不均勻,尤其是振動壓路機就好像篩子一樣會使一些小型碎塊下沉,造成破碎塊體更加松動,而不能起到固定作用,借鑒國外相關技術經驗,發現利用 50 t的重型輪胎壓路機碾壓幾遍的固定方法比較不錯。對于一些破碎后產生的混凝土過分脫落部分要用貧混凝土等材料進行回填,保證加鋪結構層以下沒有空洞。

3.2 破碎與固定同步進行

同步進行主要是利用重型沖擊式壓路機對水泥板進行碾壓,使舊水泥板完全破碎,并與下部結構層充分接觸,同時保證水泥混凝土板體保留大部分強度。例如,南非 LANDPAC沖擊式壓路機,該壓路機就是將水泥混凝土路面板的破碎與固定技術融為一體,水泥混凝土面板的破碎與固定,是利用該壓路機本身的重力及工作時的沖擊力來完成的,其工作時壓路機碾壓力可達到 250 t,利用這么大的沖壓力將水泥混凝土面板壓裂,并將板體壓實,以起到固定作用。對于該施工方法的指標控制,一般采用高差控制,高差的控制方法是在施工前每車道 50m確定一點,測定其高程,施工時每碾壓 5遍測量一次,當前后兩次高差小于 5mm時,即認為破碎并碾壓密實。

4 經濟效益分析

由于該技術是利用舊水泥混凝土板體破碎固定后作為底基層,沒有對水泥混凝土面板結構造成破壞。但如果將水泥混凝土板破壞后清除,再按照有關規范做結構層,比將水泥混凝土板體破碎固定增加 50%以上的投資。