多錘頭碎石化技術在養(yǎng)護工程中的應用

廖 新

（廣西壯族自治區(qū)浦北公路管理局，廣西 浦北535300）

0 引言

由于廣西地區(qū)具有豐富的石灰?guī)r礦藏，因此以石灰?guī)r為主的水泥路面在廣西國省道的建設中得到了廣泛的應用。隨著交通行業(yè)的發(fā)展，交通通行量尤其是重載車輛通行量與日俱增，部分早期修筑的水泥混凝土道路由于損壞或接近設計年限已明顯不能滿足行車需求。舊水泥路面多錘頭碎石化技術作為一種經濟性和實用性兼具的處理方案，十分契合國省道大修的需求［1］［2］。

但多錘頭碎石化技術在國內研究與應用的時間較短，并沒有特定規(guī)范可供查閱，施工人員只能通過設計文件上簡短的施工建議進行施工指導，更多時候施工人員只能根據施工經驗確定施工參數、指導操作人員進行破碎操作。本文依托S217線浦北段大修工程，對多錘頭碎石化技術特點、影響因素以及質量控制等方面進行了研究，分析了多錘頭碎石化技術在養(yǎng)護工程中的應用，對國省道養(yǎng)護工作具有一定指導意義。

1 多錘頭碎石化技術特點及適用性分析

1.1 多錘頭碎石化特點

多錘頭碎石化技術，其工作實質是以削弱舊混凝土路面板的部分結構強度和整體性為代價，擴散應力以消除局部應力集中，減低差異沉降使其達到基層設計允許的范圍，以此來減少和延緩產生的反射裂縫，為加鋪層提供堅實、穩(wěn)定的結構層面［3］。破碎后的水泥路面粒徑自上而下逐漸增大，顆粒之間形成嵌擠結構，有效強化路基，防止“白改黑”后的反射裂縫問題，延長路面的使用壽命。多錘頭碎石化技術綜合造價低，施工簡便，改造周期短，在施工期間交通封閉時間短，把對人們通行的影響減少到最低程度。

在破碎的過程中需要考慮破碎程度對結構強度和穩(wěn)定性的影響。為保證改建路面達到預期的設計強度必然會導致加鋪層厚度增加，不夠經濟，同時也可能由于過度破碎，致使承載能力較弱的地基在過度壓實的過程中達到其最大抗剪強度失去穩(wěn)定而破壞，或者使破碎路段底下及附近敏感設施遭到破壞。需要在有效防止反射裂縫的產生與保證路面結構具備足夠強度之間找到平衡點，使破碎后的路面既能有效防止反射裂縫的產生又能充分利用原路面的強度［4］［5］，如圖1所示。

研究表明：破碎后的有效彈性模量與破碎后的各層顆粒粒徑有著密切的關系，此時就需要把各層破碎粒徑控制在一個有效的區(qū)域內［4］［5］。在眾多研究及工程應用中，使用如表1所示的破碎粒徑范圍，兼顧了結構強度與防反射裂縫的要求。

表1 碎石化后的粒徑范圍表

1.2 路面碎石化適用性分析

在進行碎石化施工前，需要對路段進行全面調查，掌握路段的結構形式及路基情況，計算基層所受的最大壓（拉）應力，保證基層強度滿足莫爾－庫倫定理破壞條件，即碎石化過程中產生的剪應力應小于路基抗剪強度，路基不會發(fā)生剪切破壞，破碎技術在此種情況下才能適合使用［6］。

對于一般路段而言，在計算分析基層強度后，可以確定碎石化的應用。而對于下穿涵洞、管道等位置，需要進行針對性分析。為了保證碎石化過程中管涵結構不受影響，一般運用分布角法計算重錘夯擊時擊打力的擴散。在碎石化作業(yè)中，首先在保證路基不發(fā)生剪切破壞的同時保證路基底部埋設涵洞等構造物不被擴散應力破壞，水泥混凝土路面板仍可達到符合要求的破碎程度，即該路段碎石化施工既能保證一定的消除反射裂縫能力，又可使路基被重新夯實而不至于失穩(wěn)破裂時，該路段可以作碎石化施工［6］。

2 多錘頭碎石化施工控制及質量檢測

2.1 多錘頭碎石化影響因素分析

在碎石化施工中落錘高度、錘擊距離這兩個參數對破碎效果影響較大。落錘高度影響路面所受錘擊功的大小，而錘擊距離則影響單位面積錘擊力的分布，進而影響破碎后路面的力學性能。為了分析落錘高度和錘擊距離的影響，選取試驗段進行試驗研究。

為了使試驗結果具有一般性，選取的是路面狀況中等的K60＋100～K60＋300右幅，此段無下穿管涵等結構。設定破碎機行進速度為130m／h，調整落錘高度及錘擊距離參數。各種組合在試驗段的分布如表2所示：

表2 破碎效果影響試驗段布置情況表

2.1.1 施工參數對破碎粒徑的影響

多錘頭破碎效果的直接表現就是舊水泥面板的破碎情況。由于破碎后的面板具有較好的結構穩(wěn)定性，因此在檢測過程中僅開挖一處，其余通過裂隙觀察破碎情況。通過對試驗段的檢測，可以發(fā)現：在破碎機的作用下，水泥板被破碎成上層松散層和下層碎裂層，隨落錘高度的增大，面板松散層的厚度及碎化程度增大；隨錘擊距離的增大，面板松散層的厚度及碎化程度減小。

2.1.2 施工參數對板體承載力的影響

不同的錘擊功和錘擊力的分布對路面的承載力同樣具有顯著影響。分別測試不同組合參數下路面回彈模量（每個試驗路段檢測3個點），以此分析施工參數的影響。

將不同落錘高度下試驗段的檢測結果繪入圖2、圖3，分析圖中數據可知：

圖2 不同落錘高度破碎層回彈模量關系圖

圖3 不同落錘高度破碎層強度均勻性關系圖

（1）隨著落錘高度的提高，回彈模量逐漸趨于穩(wěn)定，115cm和120cm落錘高度時，回彈模量相差不大；

（2）所有試驗段的回彈模量的不均勻性都偏大，且變異系數隨落錘高度增加而增大。這是由于隨著松散層碎化程度增加，測試結果變異性增大，同時測點較少也是影響變異性的重要因素。

（3）在碎石化過程中，局部脫空、翻漿、水損的面板會被碎塊填實，進而提高局部強度，因此為了保證對病害處的填實性，需要盡量增大錘擊功（提升落錘高度）。

將不同落錘間距下試驗段的檢測結果繪入圖4、圖5，分析圖中數據可知：

圖4 不同落錘間距破碎層頂面回彈模量關系圖

圖5 不同落錘間距破碎層頂面強度均勻性關系圖

（1）碎石化層頂面回彈模量隨落錘間距增大而增大。落錘間距為6cm、9cm時，二者的平均回彈模量接近，這表明當落錘間距小于一定值時，面板表面全部成為松散層，表面強度趨于穩(wěn)定。

（2）當落錘間距較小時，面板表面碎化程度較大，導致破碎后強度大幅降低，為了保證破碎后的強度和破碎的均勻性，需要一個合適的落錘間距，從測試結果來看，當落錘間距為10cm左右時，可以兼顧強度與均勻性的要求。

（3）當落錘間距大于一定值時，面板表面開始出現局部未破碎的情況，進而影響到回彈模量測試結果的變異性。

因此在進行破碎施工時，既要確保面板表層全部破碎為松散層，又要保證面板破碎后具有較高的強度。根據試驗段的影響因素分析，在接下來的施工中，推薦選擇落錘高度為110cm，落錘間距為10cm。

2.2 試驗段施工及質量檢測

試驗段選擇樁號為K61＋500～K61＋700段右幅，全長200m，試驗路段下無涵洞、管線等構造物。試驗段作業(yè)參數：選擇落錘高度為110cm，落錘間距為10cm，施工寬度為450cm，破碎速度為130m／h。路面破碎后清除填隙物，采用Z型振動壓路機進行振動碾壓，以5km／h的速度壓實遍數為1～2遍。

2.2.1 施工控制在碎石化施工過程中主要注意如下控制事項：（1）破碎作業(yè)時應先破碎路面兩側的車道，再進行中部的行車道破碎；

（2）為了保證破碎效果，縱向相鄰板塊之間需要有約10cm的重疊破碎寬度；

（3）對于碎石化作業(yè)完成后遇雨天致使出現坑洼現象的，必須采用回填石屑等方法改善坑洼現象。

2.2.2 施工質量檢測

破碎完成后，開挖抽檢試驗段破碎效果和最終碾壓效果。

碎石化施工前，采用貝克曼梁法對原路面進行彎沉檢測。為了消除表面顆粒的影響，在碎石化施工完成24h后，再進行彎沉檢測，結果如表3所示。碎石化試驗段檢測結束后，開挖試坑，進行粒徑檢測，結果如表4所示。

表3 彎沉檢測表

表4 破碎粒徑檢測表

檢測結果表明，破碎后路面粒徑和彎沉均滿足設計要求，通過對比破碎前后的彎沉檢測數據，分析可知：碎石化后的路面彎沉平均值有一定的提高，但是代表值及標準差顯著降低，這表明隨著施工作業(yè)的進行，路面整體均勻性明顯改善。

3 結語

本文依托S217線浦北段水泥路面大修工程，同時結合國內外關于碎石化技術的成果，對多錘頭碎石化技術在養(yǎng)護工程中的應用進行了研究。多錘頭碎石化技術的工作實質是以犧牲一部分結構強度和整體性為代價，消除局部集中應力，減少反射裂縫的產生，因此需要合理控制破碎粒徑。本文還探討了碎石化技術的適用性，分析了影響碎石化效果的因素，提出了針對性的碎石化施工參數，并進行了試驗段的施工研究，可為今后類似工程實踐提供參考。