水泥混凝土路面碎石化處理技術與監理

孫占平 趙連地

杭州繞城高速公路全長123 km,其中西段(轉塘—余杭塘河)18.288 km,于1997年年底通車,繞城高速公路現有路面除了西段8.6 km是水泥混凝土路面外,其余均為瀝青混凝土路面。隨著社會經濟的迅速發展,道路上通行的交通量增長非常迅速,經過多年的運行,舊水泥混凝土路面已出現不同程度的破損,對行車的安全性和舒適性帶來很大的負面影響。上級交通主管部門非常重視,于2006年9月開工對該公路路面進行改造。

該路面改造采用了一系列具有節約資源、保護環境、施工時間短的新技術和新的管理方式,是杭州市第一條全面使用碎石化專有技術對舊水泥混凝土路面進行改造的工程。經施工實踐證明,采用碎石化技術不但可以減少因清除、堆置舊路面混凝土塊帶來的相關費用及建筑垃圾問題,而且可以利用破碎后的原路面經簡單處理后即作為新路面的一層結構,達到了節約費用、加快進度、有利環保的效果,取得了良好的經濟和社會效益。

碎石化技術要求的罩面厚度一般不小于12 cm。碎石化技術是目前解決水泥混凝土路面反射裂縫最徹底的方法,同時具有施工速度快、振動小、造價低的特點以及重要的環保意義。

1 碎石化技術的特點

1)碎石化技術防止反射裂縫的效果比同樣應用于混凝土路面改造項目中的振裂壓穩、破裂壓穩及增加應力緩沖層等技術更為有效。2)破碎并壓實的混凝土路面是由破碎混凝土塊組成的緊密結合、內部嵌擠、高密度的材料層。3)破碎材料具有較強的抗車轍能力和抗剪強度,但不能支持柔性應力。4)碎石化的混凝土路面不是一般的粒料基層,也并不是處于無應力狀態,與一般的密級配粒料相比,碎石化混凝土路面可以為HMA罩面提供更高的結構強度。

2 碎石化技術使用的設備

2.1 多錘頭破碎機

多錘頭破碎機(MHB)由兩部分組成,前半部分為柴油發動機動力系統,后半部分為破碎系統,平均配備兩排成對錘頭,這樣在設備全寬范圍內可以連續破碎,中間備有兩排各3對650 kg的錘頭,兩側各有1對865 kg翼錘。每對錘頭的提升高度可以根據需要隨意調節,其最大提升高度110 cm。破碎錘頭設在尾部,設備重量在破碎前加到混凝土路面上,而且一次性破碎即可滿足要求,避免了設備對破碎后混凝土路面的擾動。錘頭的提升高度可獨立調節,滿足不同類型的混凝土路面的破碎,MHB具備一次破碎3.96 m寬車道的能力,破碎機裝備帷幕防止破碎飛屑。特別適合于交通繁忙的主干線舊水泥混凝土路面改造工程在施工安排緊密的情況下,杭州繞城高速公路在開放交通的情況下半幅施工,施工時不需阻斷交通,破碎、碾壓、攤鋪瀝青面層可以一次完成,最大限度地減少交通管制時間。

2.2 壓實設備

1)Z型鋼輪壓路機。單壓實輪,自裝配,自動力,攜帶Z型鋼箍通過螺栓固定在壓實輪表面。振動壓路機的最小毛重不低于9 t,而且能進行振動壓實。該壓路機用于破碎混凝土后的補充破碎并壓實其表面,同時為HMA罩面提供平坦的破碎后混凝土路面表面。2)振動鋼輪壓路機。單振動輪,自裝備,自動力,最小毛重不小于9 t,施工中應采用振動壓實,在Z型壓路機之后壓實破碎后的混凝土表面,并為HMA罩面提供較為平坦的工作面,也用于修復破碎后通車的特殊路段。

3 碎石化前的準備工作

1)原有路面調查。調查的主要內容如下:a.路基情況(路基材料、是否修補過、是否有特殊路段);b.排水設施;c.底基層和基層的情況(厚度、材料、施工方法);d.混凝土路面的類型和厚度;e.混凝土路面是否有鋼筋或荷載傳遞裝置。路面鉆芯取樣對于分析原有路面結構是十分重要的,取樣的數量、直徑和位置取決于:a.路面結構的表面狀況;b.整個路段的一致性狀況;c.與工程其他情況有關的細節。2)清除存在的HMA(熱拌瀝青罩面)面層。在碎石化之前,應事先清除水泥混凝土路面上可能有的瀝青修復材料,因為這些材料的存在,可能會影響到破碎的效果。3)隱蔽構造物的調查與標記。4)與橋梁連接段的路面。與橋梁連接段應標明破碎的位置,一般可以破碎到橋頭搭板的后端,或根據路面設計線的高程破碎到指定位置。5)路面清掃及污染物的清除。破碎前,將原路面進行徹底清掃,并務必清除原路面及路緣的污染物,這些材料的存在,將會影響到透層施工效果。6)防水。破碎后至攤鋪下面層前,嚴格禁止各種形式的路面進水。

4 碎石化施工工藝流程及試驗路段

1)主要工藝流程。破碎試驗路段→試坑檢查→確定破碎工藝控制→破碎施工→Z型壓路機壓實→光輪壓路機壓實→路面施工。

2)破碎試驗路段。在認可MHB破碎程序之前,應先進行試驗路段。試驗路段應在工程項目范圍內確定位置,尺寸為車道全寬,長度為100 m～200 m,并記錄不同的破碎情況相對應的MHB的設置,如錘頭高度、行駛速度等數據。為確保路面被破碎成規定的尺寸,應在兩個獨立的位置開挖試坑。

3)試驗路段應得到監理工程師的認可,確定的破碎化程序將用于本工程。施工過程中應不斷地監控破碎操作并應該在施工過程中不斷地進行小的調整以確保破碎結果滿足要求。通過現場巡視,對發現運輸車輛有剩余廢料及油水混合物過多的情況,及時阻止運料車運入施工現場,并予以清除。檢查出廠混合料的溫度,對不滿足溫度要求的瀝青混合料堅決予以廢料,保證了瀝青混合料的質量。

5 碎石化施工過程控制

1)碎石化要把75%的混凝土路面破碎成顆粒(肉眼觀測)表面最大尺寸不超過7.5 cm,中間不超過22.5 cm,底部不超過37.5 cm。若破碎后的塊徑超過最大尺寸,應該用其他人工等合適的方法進行再破碎或清除,破碎的水泥混凝土層作為基層,然后用密級配的破碎粒料替換并壓實,再在上面鋪瀝青面層。在試驗段得到適合的破碎參數后,正常施工中僅憑肉眼觀測表觀破碎質量即可。2)原來挖補的部分有許多是超厚的,對于這些部分,破碎尺寸達到正常厚度板的中間層22.5 cm且裂縫間距小于45 cm時較為合適。3)破碎時最好是從混凝土路面的高處向低處破碎,以避免攤鋪瀝青混凝土后影響排水。4)與相鄰車道的連接。破碎一個車道的過程中實際破碎寬度應超過一個車道,與相鄰車道搭接一部分,寬度至少是15 cm。5)清除原有填縫料。在鋪筑HMA以前所有松散的填縫料、脹縫材料或其他類似物應進行清除。6)凹處回填。不應修整破碎后混凝土路面或試圖平整路面以提高線形,這樣將破壞混凝土路面碎石化以后的效果。在壓實前發現的5 cm的凹地應用密級配碎石粒料回填并壓實。7)破碎混凝土路面的養護。除了指定的用于開放橫穿交通的區域外,破碎后的混凝土路面的任何路段均不得開放交通(包括不必要的施工運輸)。施工過程中加強現場巡視,跟蹤監理,有利于發現問題并及時予以解決,避免工程質量事故的發生。8)駐地監理經常對后場堆料場進行巡視,要求承包商將各種材料分別堆放整齊,對細集料作好防雨工作,一旦發現細集料受潮,即要求施工單位進行處理。駐地監理一般開拌后就在拌合操作間,現場觀察拌和情況,逐盤打印各個熱料倉的材料質量、礦粉質量及一盤混合料的總質量,及時計算出礦料級配,與標準配合比進行對照。控制拌合時間,檢查出料溫度,發現問題及時處理。

通過現場巡視,對發現運輸車輛有剩余廢料及油水混合物過多的情況,及時阻止運料車運入施工現場,并予以清除。檢查出廠混合料的溫度,對不滿足溫度要求的瀝青混合料堅決予以廢料,保證了瀝青混合料的質量。

6 碎石化技術對瀝青路面施工的要求

1)攤鋪的時間要求。在混凝土破碎和攤鋪HMA底層之間的最長間隔時間不應超過48 h,并確保破碎路面不被污染。

2)HMA罩面之前破碎混凝土路面的壓實。在HMA罩面鋪設之前,采用MHB破碎機把原水泥混凝土破碎一遍。

采用Z型壓路機(20 t～25 t),將破碎后路面振動壓實2遍～3遍(除非在前面壓實后立即攤鋪了HMA),由罩面施工造成的混凝土路面擾動,也應在攤鋪之前進行再壓實,或改變罩面程序以減少對混凝土路面的擾動。

3)破碎后混凝土路面的擾動。施工車輛的通行次數和載重量應降低至最小程度。運送瀝青料的車輛僅在攤鋪點附近才能緩慢勻速駛上破碎后的混凝土路面表面。如果攤鋪前混凝土路面表面已被運料車破壞,則需要重新壓實直至達到設計要求。

4)駐地監理經常對后場堆料場進行巡視,要求承包商將各種材料分別堆放整齊,對細集料作好防雨工作,一旦發現細集料受潮,即要求施工單位進行處理。駐地監理一般開拌后就在拌合操作間,現場觀察拌和情況,逐盤打印各個熱料倉的材料質量、礦粉質量及一盤混合料的總質量,及時計算出礦料級配,與標準配合比進行對照。控制拌合時間,檢查出料溫度,發現問題及時處理。

7 結語

隨著碎石化技術在我國的進一步推廣,必將在我國的道路建設中發揮重要作用,碎石化為水泥路面改造與再生利用提供了思路。為了使其能在生產實際中進行推廣應用,還有待大家共同努力。

[1] JTJ 032-2000,公路瀝青路面施工技術規范[S].

[2] 胡翠竹.水泥混凝土路面施工質量控制淺探[J].山西建筑,2008,34(22):278-279.