碎石化施工技術在中小型水泥混凝土路面改造工程實例中的應用

水泥混凝土路面碎石化施工技術在我國已推廣多年，取得了良好的經濟效益，但因該技術需要專用設備，在中小型水泥混凝土路面改造工程中造成造價偏高，制約使用，無法全面推廣。以某工業園區水泥混凝土路面改造工程實例，總結在普通設備條件下，完成碎石化工藝的經驗。通過經濟性比較，明確了碎石化施工技術在中小型水泥混凝土路面改造工程的經濟優勢。

碎石化; 普通設備; 經濟優勢

U418.6+7 B

［定稿日期］2022-01-24

［作者簡介］羅代梟（1990—）男，本科，工程師，主要從事公路和市政工程項目管理工作。

碎石化（Rubblizatiaon）技術于20世紀后期起源于美國，該技術是將水泥混凝土路面的面板，通過專用設備一次性破碎為碎塊柔性結構，這種結構不僅具有一定的承載力，而且可以有效防止或限制反射裂縫發生、發展的作用。大量實踐證明：碎石化技術是目前舊水凝混凝土路面維修改造最好的技術之一［1］。

碎石化技術根據破碎原理和施工機械的不同，分為多錘頭碎石化法和共振碎石化法，其中多錘頭碎石化法使用的專用設備為多錘頭破碎機（MHB）和配套的Z型鋼輪壓路機，技術原理是通過重錘沖擊路面，將原本完整的水泥混凝土板塊破碎成具有一定尺寸的混凝土顆粒。整體上，根據顆粒粒徑及強度特性，可將碎石化層分為松散層、碎石化層上部和碎石化層下部3個層次，在正常破碎情況下，松散層由極薄的一層集料顆粒組成，集料顆粒之間沒有嵌擠作用，其強度無法滿足路用性能要求。碎石化層上部厚度約為10 cm左右，主要由破碎混凝土顆粒間的嵌擠形成強度，混凝土板塊破碎后體積膨脹，碎石間存在預應力［2］。碎石化層下部是一層厚度約為10 cm，粒徑小于37 cm的混凝土塊組成，是“裂而不碎、契合良好、聯鎖咬合”的塊體結構，具有良好的“拱效應”，能將豎向壓力變為水平推力，借以擴散荷載。并且該結構靜定且自穩，具有很好的咬合嵌擠作用［3］。據國外相關研究資料，碎石化層上部類似于瀝青穩定料粒，取其模量為207 MPa，碎石化層下部由未完全斷開的水泥混凝土塊組成，其模量取3 450 MPa［4］。

目前，國內大型混凝土路面改造工程中多采用多錘頭碎石化法，對于中小型混凝土路面改造工程，由于工程規模小，造價低，采用此法需要專用設備，造成造價偏高，無法推廣應用。本文結合工程實例，采用挖掘機帶破碎錘和鋼輪壓路機等普通設備，按照技術工藝要求，完成碎石化施工，為此類似工程項目提供參考。

1 項目概況

1.1 工程背景和概況

某工業園區道路因重車較多，路面損壞嚴重，運輸揚塵、噪聲等環境影響較大，對園區正常交通安全運輸及區域環境質量帶來了較大的負面影響，需要對該段道路進行修整改造。本項目道路為城市支路，路線長2.325 km，為道路修整工程，工程主要內容包括：路面工程、排水工程及交通安全設施工程，原則上不對既有道路平、縱、橫指標進行調整。主要技術指標見表1。

1.2 路基路面現狀

既有道路路面結構為：25 cm普通水泥混凝土面層+25 cm水泥穩定類粒料基層+20 cm水泥穩定類粒料底基層。道路主要服務園區重載貨車，既有路基路面出現不同程度損壞。局部路段路基沉陷（最大沉降量約為0.2 m）；既有水泥混凝土面板出現不同程度的裂縫（最大裂縫寬度達到20 mm）、斷板（斷板率達到42%）、板角斷裂、錯臺、接縫損壞等破壞。

1.3 路面結構組合設計

設計采用“局部破碎后瀝青混凝土路面結構方案”，根據既有路面實際情況，按照相關設計規范，擬定以下結構組合設計（和本文不相關設計組合已省略）。

1.3.1 A型路面結構

適用于既有水泥混凝土面板斷板嚴重但路基沉降變形較輕微的路段（沉降量小于或等于3 cm）；采用碎石化工藝對既有斷裂水泥混凝土面板進行破碎，并碾壓密實（碾壓后進行彎沉測定，當實測彎沉不大于46.6（0.01 mm）時，可采用該路面結構形式；否則應采用B型路面方案）作為底基層，結構組合見圖1。

1.3.2 B型路面結構

適用于既有水泥混凝土面板斷板嚴重但路基沉降變形較輕微的路段（沉降量大于3 cm），挖除變形的路面結構及路基，對路基進行換填處理，再鋪筑25 cm厚C40混凝土面板，結構組合見圖2。

2 碎石化工藝

參照DB 51/T 2430-2017《舊水泥混凝土路面共振碎石化技術規范》，可按如下要求進行。

2.1 技術要求

碎石化要把75%的混凝土路面破碎成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的粒徑。碎石化水泥混凝土頂面彎沉不大于46.6（0.01 mm）。

2.2 碎石化前準備工作

隱藏構造物的調查與標記：碎石化施工前，應結合圖紙及建設單位提供的有關隱藏構造物如：暗涵、地下管線等情況進行詳細調查，以確定破碎是否會對這些構造物造成損壞。通常，構造物埋深1 m以下的不會由于破碎帶來損壞，不滿足以上條件的應會同設計、監理、建設等單位采取可行的保護措施或其它方案。

設備：帶破碎錘挖掘機、重型鋼輪振動壓路機、灑水車等。

在碎石化前應清除水泥混凝土路面上的瀝青修補材料，因為這些材料的存在會影響到破碎、碾壓效果。碎石化后的路面在沒有完成水泥穩定碎石層鋪筑之前不允許開放交通，防止帶走碎石化后的顆粒。

碎石化層有大于10×10 cm的凹地，應用密級配碎石料回填并碾壓密實。同時應清除水泥面板內的鋼筋。破碎一個車道的過程中實際破碎寬度應超過一個車道，與相鄰車道搭接寬度不少于15 cm。為保護路面破碎段兩側的水溝或硬路肩不受破碎振動的影響，減少水溝或路肩修復工程量，并保證對其加高、加固后的整體穩定性，在路面破碎段的行車道邊緣，建議各留0.5 m安全帶不進行破碎。

2.3 試驗路段

碎石化施工前應選擇具有代表性的舊水泥混凝土路面路段作為試驗路段，長度不小于50 m（本項目受連續處治長度限制，試驗段長度較短，其它項目具備條件的應按照規范或設計要求設置），寬度為單個路幅。根據碎石化前調查的路面損壞情況、路面厚度、路面混凝土抗壓強度等，通過試驗段使操作手熟練掌握挖掘機破碎錘頭破碎混凝土板的程度、碎石化層粒徑大小分布、行進速度等工藝參數。

破碎過程中應通過開挖試坑檢查混凝土板的破碎狀況，及時反饋給挖掘機操作手和現場技術員調整操作，以保證破碎質量達到技術要求。

2.4 碎石化層的碾壓

碾壓應分為初壓、復壓、終壓3個階段，采用重型鋼輪壓路機由邊向中、由低向高進行，碾壓時應重疊1/2輪寬。初壓時靜壓2遍，速度1.5 km/h，復壓時振動壓實4遍，速度2.0 km/h，終壓靜壓2遍，速度2.0 km/h。碾壓時碎石化層應有4%～8%的含水率，有利于碎石化層碾壓密實，形成嵌鎖結構。

2.5 檢測

碾壓完成后，采用貝克曼梁法檢測碎石化層彎沉值。對于達不到設計要求的路段，應采取相應措施進行處治，如路基承載力達不到要求，則處理路基。

2.6 工藝流程

施工前準備—試驗段施工—掌握施工技術參數—碎石化施工—碎石化層整備—碾壓—質量驗收。

3 可行性分析

水泥混凝土路面碎石化技術是將水泥混凝土路面的面板，通過專用設備一次性破碎為碎塊性結構，因破碎后其顆粒粒徑小，力學模式更趨向于級配碎石，因而將其命名為碎石化。專用設備主要是MHB多錘頭破碎機和RM共振型破碎機。不管是采用專用設備破碎還是采用普通挖掘機帶錘頭破碎，都能將水泥混凝土路面破碎，以達到規定的粒徑分層要求，從而實現強度。在本項目中，水泥混凝土路面采用挖掘機帶錘頭破碎，過程中嚴格按照碎石化工藝施工，碾壓成型后經試驗檢測，回彈彎沉值均超過設計要求值，證明設備代替方案是可行的。經過一年時間的車輛通行，本項目所有經碎石化處治的路段和其它路段一樣，瀝青路面沒有出現反射裂縫，也沒有出現明顯車轍，證明實際處置效果達到設計要求。

4 經濟性分析

4.1 碎石化處置工藝單價

由于只需要將舊水泥混凝土路面破碎并碾壓密實，工序簡單。碎石化處置工藝造價如表2。

4.2 拆除舊水泥混凝土路面再恢復水泥面板處治工藝單價

如采用拆除舊水泥混凝土路面后再恢復水泥面板的處治工藝，處治造價如表3拆除水泥混凝土路面后恢復水泥混凝土面板控制價表。

4.3 造價對比分析

以上2種處治工藝均為本項目處治工藝，各項綜合單價均為本項目招標控制價。為方便計算，處治工程量均設定為100 m2，通過上表對比可知，碎石化處置工藝控制價為4 400元，拆除舊水泥混凝土路面再恢復水泥面板處治工藝控制價為17 491.50元，碎石化處置工藝造價優勢明顯，經濟性好。

5 結束語

在中小型水泥混凝土路面改造工程中，由于投資控制，碎石化處治路段占比較低或只是點、狀帶分布的路段，采用專用設備成本高昂。普通挖掘機帶錘頭破碎雖工作效率遠遠不如MHB多錘頭破碎機，但只要保證破碎層質量達到工藝要求，是可以采用普通挖掘機帶錘頭破碎來代替MHB多錘頭破碎機的。

舊水泥混凝土路面碎石化工藝方案相較于拆除水泥混凝土路面后恢復水泥混凝土面板方案，成本大大降低，經濟性顯著，在滿足適用條件的前提下，在中小型水泥混凝土路面改造工程中是可以優先考慮采用的。

參考文獻

［1］ 王松根，張玉宏，黃曉明，等.舊水泥混凝土路面碎石化技術應用指南［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 齊偉，邱業績，李艷，等.水泥路面再生技術研究綜述［J］.公路交通科技（應用技術版），2019（5）：19-21.

［3］ 董元帥，朱洪洲.舊水泥混凝土路面碎石化改造技術［J］.重慶交通大學學報（自然科學版），2008，27（B11）：920-923.

［4］ 熊帆，黃曉明，賈棟，等.碎石化技術在水泥混凝土老路改建中的應用［J］.公路交通科技，2004（6）：52-54.