多錘頭碎石化技術(shù)在水泥混凝土路面大修中的應(yīng)用

曾俊標，李洪丙

(廣東華美加工程顧問有限公司，廣東廣州 510627)

水泥混凝土路面憑借其具有強度高、穩(wěn)定性好、耐久性好、造價適當、養(yǎng)護維修費用小、抗滑性能好、抗水害性強、材料來源廣泛、施工機械簡單等優(yōu)點，在全國各級公路中被廣泛采用，特別是在20世紀80、90年代修建的路面，多以水泥混凝土路面為主。

早期修建的水泥混凝土路面，已達到使用設(shè)計年限的末期。近幾年，隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，交通量快速增長，特別是超重車輛的增多，路面出現(xiàn)各種病害，且發(fā)展迅速，嚴重削弱了路面結(jié)構(gòu)強度，降低了道路的服務(wù)水平，致使早期修建的大量水泥混凝土路面進入了大修改造階段。采用哪一種技術(shù)方案對水泥混凝土路面進行大修改造，特別是如何充分利用現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)剩余強度，國內(nèi)外許多道路管理部門和研究機構(gòu)進行了大量的研究。多錘頭碎石化技術(shù)憑借著就地破碎、工藝簡單、碎石化后經(jīng)碾壓形成穩(wěn)固基層結(jié)構(gòu)、施工速度快、節(jié)省路面大修投資以及注重環(huán)保等優(yōu)點，已成為舊混凝土路面大修改造的技術(shù)方案之一［1］。本文以G324線SW段水泥混凝土路面大修工程為例，通過現(xiàn)場試驗，確定了多錘頭碎石化施工設(shè)備技術(shù)參數(shù)和施工工藝，提出了碎石化施工過程質(zhì)量控制指標和標準，碎石化施工質(zhì)量取得了預期的效果。

1 工程概況

G324線SW段于1992年改建成，道路等級為二級公路，原路面結(jié)構(gòu)為25 cm混凝土板+15 cm水泥石灰穩(wěn)定土基層+15 cm水泥石灰穩(wěn)定土底基層。隨著項目沿線地區(qū)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路也承受著繁重的交通荷載，特別是超載車輛增加，導致路面破損狀況進一步發(fā)展，出現(xiàn)了短板、錯臺、沉陷等病害，嚴重影響了道路的通行能力和服務(wù)水平。路面使用狀況檢測結(jié)果顯示，本項目大多路段路面斷板率大于30%、面板脫空率約44.6%左右，舊水泥混凝土板彎拉強度標準值為4.82 MPa。經(jīng)有關(guān)主管單位批準，管養(yǎng)單位決定對該路段路面進行大修。大修工程路面設(shè)計技術(shù)方案如下:將現(xiàn)有舊混凝土路面進行碎石化、碾壓形成穩(wěn)固強度后，加鋪2 cm乳化瀝青封層，再加鋪26 cm水泥混凝土面板。舊混凝土板碎石化后經(jīng)碾壓形成穩(wěn)固結(jié)構(gòu)層作為大修后路面基層，基層頂面設(shè)計當量回彈模量為126 MPa。

2 多錘頭碎石化技術(shù)特點

多錘頭碎石化技術(shù)是通過專用設(shè)備一次性破碎舊水泥混凝土面板，破碎后其顆粒粒徑小，力學模式趨向于級配碎石，因而將其命名為碎石化。碎石化并經(jīng)振動碾壓后舊混凝土路面結(jié)構(gòu)不僅具有一定承載力，而且具有有效防止或限制反射裂縫發(fā)生、發(fā)展的作用。實施多錘頭碎石化主要設(shè)備有多錘頭破碎機和Z形格網(wǎng)式單鋼輪振動壓路機。

多錘頭破碎技術(shù)是通過多個錘頭不停的上下起落，對路面形成連續(xù)的錘擊作用，在錘頭的提升過程中，液壓系統(tǒng)提升錘頭使錘頭產(chǎn)生勢能，在錘頭下落的過程中，勢能轉(zhuǎn)化為動能，對路面產(chǎn)生錘擊作用使舊路面板破碎。

碎石化采用與多錘頭破碎機配套使用Z格網(wǎng)式型壓路機，其作用是進一步碾壓碎石化后的舊路面，對破碎后的路面進行補充破碎，從而確保碾壓效果和表面平整。施工過程中，采用振動壓實作業(yè)，使破碎后的水泥混凝土塊形成內(nèi)部嵌擠、高密度、高強度結(jié)構(gòu)的新結(jié)構(gòu)層。

3 多錘頭碎石化施工工藝

3.1 施工前準備工作

碎石化施工前先對舊水泥混凝土路面破損狀況進行調(diào)查，以確定碎石化施工工藝。同時，需先對施工路段的敏感的構(gòu)造物進行標識、舊路特殊地段進行處理以及做好施工期間交通管制工作等。

3.1.1 標識沿線構(gòu)造物

對采用多錘頭破碎機破碎的路段，因錘頭下落引起的震動，對特殊構(gòu)造物(小橋、涵洞等)的安全使用性能造成很大影響。因此，需對構(gòu)造物頂部及兩側(cè)舊混凝土板采取挖除換板或其它處治措施進行處理，而對于對沿線不同距離的路邊建筑物或不同埋深的管線等，采用不同標志的紅色油漆標注清楚，分別使用不同的破碎能量施工，以確保其安全。

3.1.2 對特殊路段進行處理

在破碎之前應(yīng)先修復軟弱基層和底基層，對混凝土路面存在其他缺陷的路段，如沉陷、錯臺、翻漿等應(yīng)清除后采用級配碎石填充并壓實。

3.1.3 做好交通管制及分流工作

根據(jù)路面大修工程施工期間交通組織設(shè)計方案，結(jié)合項目實際施工進度計劃，進行交通分流，以確保交通順暢以及施工安全。

3.2 碎石化施工設(shè)備參數(shù)確定

本文采用多碎石化設(shè)備為國產(chǎn)化的自行式多錘頭破碎機，其后攜帶8對重錘呈兩排分布，后排重錘對角裝配在前排重錘間隙中心。重錘的重量為800～900 kg，破碎頻率為20～40次/min，每對重錘由單獨的液壓控制系統(tǒng)控制，能夠以相同的行進速度和不同的提升高度、頻率對路面進行沖擊破碎。經(jīng)試驗路試驗后，確定多錘頭破碎機技術(shù)參數(shù)，如表1所列。

舊混凝土路面破碎后，采用Z型鋼輪壓路機進行振動壓實，再采用光輪壓路機進行振動壓實。其中，Z型鋼輪壓路機自重為18 t，光輪壓路機自重為13 t。振動壓實時，Z型鋼輪壓路機采用高頻高幅，光輪壓路機采用高頻低幅。

表1 多錘頭破碎機施工主要技術(shù)參數(shù)

3.3 碎石化施工技術(shù)要點

在完成各項施工準備工作后，將多錘頭破碎機行駛到施工區(qū)域內(nèi)，破碎舊混凝土路面1遍，再用Z型鋼輪壓路機振動壓實3遍，之后用光輪壓路機振動壓實2遍。

多錘頭破碎機進行破碎:先破碎硬路肩，然后破碎主車道。兩車道破碎要保證15 cm左右的搭接寬度。同時，在破碎路兩側(cè)路肩時可適當降低錘頭高度，減小落錘間距，既保證破碎效果，又不至于因破碎功過大而使路肩破碎過度。多錘頭破碎機行走時，還要注意用橫桿保持破碎位置，并根據(jù)舊水泥混凝土路面的強度差異隨時優(yōu)化調(diào)整行進速度、落錘高度、頻率等參數(shù)，盡量達到路面破碎粒徑均勻。

4 施工質(zhì)量控制

4.1 檢測內(nèi)容及方法

根據(jù)路面大修設(shè)計方案，碎石化后的舊混凝土路面作為加鋪水泥混凝土路面的基層，其碎石化施工質(zhì)量將直接影響著本項目路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。若質(zhì)量控制不到位，可能使新建路面結(jié)構(gòu)強度趨于偏危險狀態(tài)。因此，對碎石化舊混凝土路面進行檢測，是控制路面施工質(zhì)量的重要措施之一。結(jié)合相關(guān)研究成果和實踐經(jīng)驗［2］，確定碎石化后舊混凝土路面質(zhì)量檢測項目，檢測項目為碎石化層的粒徑范圍與碎石化后舊路面整體強度檢測。

碎石化層的粒徑檢測方法:在施工區(qū)內(nèi)隨機選取不少于2處/km，每處試坑開挖面積約1 m2的(應(yīng)避開有橫向接縫或工作縫的位置)，試坑應(yīng)開挖至舊混凝土底部，以能在全深度范圍內(nèi)檢查碎石化后的顆粒是否在規(guī)定的粒徑。碎石化舊混凝土路面頂面當量回彈模量和彎沉檢測按JTG E60-2006規(guī)定的方法進行測試［3］。

4.2 施工質(zhì)量控制標準

4.2.1 碎石化后粒徑檢測

碎石化后舊混凝土路面結(jié)構(gòu)由板體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮Ⅲw結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)強度由碎石化后碎石級配相互嵌擠形成，級配組成情況將對路面強度均勻性產(chǎn)生較大影響，為保證碎石化后舊混凝土路面整體強度均勻性。對碎石化后舊混凝土的粒徑大小進行檢測，按照一定檢測頻率對破碎后的水泥混凝土層開挖試坑，試坑開挖至基層，驗證其破碎后的粒徑大小，其質(zhì)量控制標準如表2所列。

表2 碎石化粒徑檢測驗收標準

4.2.2 彎沉值檢測

根據(jù)我國現(xiàn)行路面設(shè)計規(guī)范，水泥混凝土路面基層結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)是采用基層頂面當量回彈模量［4］。新建公路路面基層頂面當量回彈模量通過實測其以下各結(jié)構(gòu)層抗壓回彈模量、路床頂面的回彈模量，并根據(jù)各結(jié)構(gòu)層厚度計算出基層頂面當量回彈模量。而對于舊路改造公路路面頂面當量回彈模量則是采用間接法獲得，即根據(jù)路面頂面實測彎沉值，采用經(jīng)驗公式計算轉(zhuǎn)化為當量回彈模量值。現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范推薦的經(jīng)驗公式是根據(jù)柔性路面頂面當量回彈模量與彎沉關(guān)系建立的，與本項目實際條件不相符，有必要通過實測碎石化路面頂面當量回彈模量和彎沉來建立起關(guān)系式，便于在施工過程中的質(zhì)量控制。

對承載板法實測頂面回彈模量檢測點進行貝克曼梁彎沉值檢測，根據(jù)檢測結(jié)果，可以得出頂面當量模量與彎沉關(guān)系圖，如圖1。

圖1 碎石化后舊路頂面當量回彈模量與彎沉的關(guān)系圖

由此回歸得出頂面當量模量與彎沉關(guān)系式:

(相關(guān)系數(shù) R2=0.835，測點 n=12)

本項目碎石化舊路頂面當量回彈模量設(shè)計值為126 MPa，由上述換算公式可計算出碎石化舊路頂面回彈彎沉驗收標準為不大于95(0.01 mm)。

4.3 碎石化路段檢測結(jié)果

按照前述碎石化施工工藝進行破碎后，對碎石化舊混凝土路面進行粒徑、頂面當量回彈模量和頂面彎沉進行檢測，檢測結(jié)果如表3～表5所列。

表3 碎石化后的舊混凝土破碎粒徑檢測結(jié)果

表4 碎石化路段路面頂面當量回彈模量檢測結(jié)果

表5 碎石化路段路面頂面彎沉檢測結(jié)果

由表3～表5檢測結(jié)果可見:

1)碎石化后自上往下舊混凝土板破碎粒徑由小變大，其中以中間部位的粒徑范圍變異最大，底部次之，上部最小，這與多錘頭破碎機錘頭作用力大小有直接的關(guān)系，上部受力最大，底部最小，而中間受力狀況則受到上部破碎情況和基層強度的影響。

2)各路段碎石化路面頂面當量回彈模量代表值滿足設(shè)計要求。頂面當量回彈模量和和彎沉值變異水平較大，這是由于碎石化后舊混凝土板由板體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為松散體結(jié)構(gòu)，整體強度降低，其強度大小也受到碎石化后的舊混凝土粒徑大小和級配類型的影響。

3)各路段碎石化路面碎石粒徑大小均能滿足上述技術(shù)要求，其頂面當量回彈模量和彎沉均能滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

1)多錘頭碎石化技術(shù)適用于舊混凝土板斷板率、脫空率高的路段，但由于碎石化施工時，對道路周圍產(chǎn)生較大的沖擊力，為保證道路周圍結(jié)構(gòu)物或建筑物安全，此技術(shù)方案不適應(yīng)于道路結(jié)構(gòu)物或建筑物5 m內(nèi)的路段。

2)碎石化施工技術(shù)可行，便于操作和控制，碎石化后的舊水泥混凝土路面整體強度較高，均勻性尚可，其可作為新建路面的基層，為新建路面整體結(jié)構(gòu)強度提供良好的基礎(chǔ)條件。

3)提出了碎石化施工過程質(zhì)量控制指標和標準，碎石化施工質(zhì)量取得了預期的效果。

4)碎石化技術(shù)較其他常見的路面大修技術(shù)減少了對舊路路面病害處治的工作量，避免舊板挖除廢棄，大大降低了路面等大修對環(huán)境污染，降低工程造價。

5)施工速度快，縮短了路面大修對道路交通的干擾，減低了大修工程的社會成本，有利社會和諧發(fā)展。

［1］張玉宏.水泥混凝土路面碎石化綜合技術(shù)研究［D］.南京:東南大學，2006.

［2］JTG E60-2008，公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程［S］.

［3］DB 37/T 1160-2009，舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］JTG D40-2002，公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范［S］.