舊水泥路面共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用分析

楊 波

(湖南建工交通建設(shè)有限公司,湖南 長沙 410004)

早期道路修建工程中水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)憑借耐高溫、耐磨耗、剛度大、強(qiáng)度高等諸多優(yōu)勢(shì)獲得廣泛應(yīng)用,然而隨著交通量的增大、重載車輛的增加以及自然災(zāi)害等因素的影響,諸多早期投入運(yùn)營的舊水泥路面出現(xiàn)各種損害,如:斷板、錯(cuò)板、裂縫、剝落、坑洞等,不僅影響行車舒適性,也威脅到了交通安全[1-2]。根據(jù)水泥道路大修情況來看,由于路面剛度大、修復(fù)工藝復(fù)雜,直接加鋪瀝青混凝土極易產(chǎn)生反射裂縫,同時(shí)基于品質(zhì)提升、綜合節(jié)約、環(huán)保利用等理念的提出,亟需更經(jīng)濟(jì)、有效的改造技術(shù),共振碎石化方法在此背景下應(yīng)運(yùn)而生,其充分利用了舊的水泥材料,且通過碎石化、壓實(shí)處理有效防止反射裂縫的發(fā)生,有效提高道路最終的成型質(zhì)量、使用性能,延長道路使用壽命[3-4]。

1 共振碎石化技術(shù)的提出

基于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,整體交通量均呈快速增長態(tài)勢(shì),各地早期修建的水泥混凝土路面普遍產(chǎn)生各種損害情況,常常需要進(jìn)行路面改造或是修復(fù)等工作[5]。總結(jié)我國水泥路面改造情況,主要可歸納為兩種模式:(1)“白+白”改造模式,此方法主要是對(duì)舊水泥路面進(jìn)行拉毛處理,然后加鋪一層水泥混凝土;(2)“白+黑”改造模式,此方法主要是對(duì)舊水泥路面采取注漿等處理措施后作為下臥層,然后加鋪一層瀝青混凝土。然而,此兩種方法都面臨著一大關(guān)鍵問題——反射裂縫[6]。實(shí)際工程中,多采用鋪設(shè)橡膠瀝青、土工織物的方式處理反射裂縫,但是存在增加成本、時(shí)效補(bǔ)償?shù)那闆r,總體效果不夠理想。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)路面反射裂縫的有效治理,舊水泥路面共振碎石化技術(shù)被提出,主要是利用共振設(shè)備將舊水泥混凝土面板破碎碾壓后作為基層,然后加鋪瀝青混凝土,不僅可有效降低基層建造費(fèi)用,也可提高資源利用率、減少環(huán)境污染[7-8]。我國最早是從2003年開始引進(jìn)美國RMI共振機(jī)器公司的技術(shù)與設(shè)備,并在上海、浙江、山西、四川等地獲得了成功應(yīng)用[9]。從設(shè)備層面來看,2010年我國成功自主研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、適合我國水泥路面的國產(chǎn)共振碎石機(jī),2015年武漢金路得科技有限公司生產(chǎn)的DPJ3X-600型共振破碎機(jī)的問世,標(biāo)志著我國相關(guān)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界前沿水平;從技術(shù)層面來看,2014年我國頒布《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》(JTG/TF 31—2014),正式將共振碎石化技術(shù)列出其中,推動(dòng)了共振碎石化技術(shù)在全國范圍內(nèi)的迅速推廣,圍繞舊水泥路面共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用展開詳細(xì)分析。

2 舊水泥路面共振碎石化技術(shù)優(yōu)勢(shì)

舊水泥路面共振碎石化技術(shù),主要利用共振破碎機(jī)的帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng),并將錘頭振動(dòng)頻率調(diào)節(jié)至接近水泥面板固有頻率,以此激發(fā)共振,達(dá)到水泥面板擊碎的目標(biāo)。

如表1所示,將舊水泥路面共振碎石化技術(shù)與其他各種破碎技術(shù)進(jìn)行了綜合對(duì)比,并據(jù)此對(duì)共振碎石化技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行歸納總結(jié)。

表1 不同破碎技術(shù)的綜合對(duì)比情況

(1)可徹底消除反射裂縫問題:共振破碎后舊水泥路面完全破碎,上層成為路面材料級(jí)配碎石顆粒,下層被振裂又嵌鎖緊密,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力的完全釋放,防止產(chǎn)生反射裂縫。

(2)可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益:舊水泥路面共振碎石化處理后,只需碾壓密實(shí)即可直接攤鋪瀝青混凝土,既可充分利用原有材料,又有良好的整體經(jīng)濟(jì)性。

(3)施工程序簡便、效率高:舊水泥路面共振碎石化處理對(duì)周邊環(huán)境的影響較小,經(jīng)由碾壓后可攤鋪瀝青混凝土并開放交通,也可實(shí)現(xiàn)單車道施工,無需完全封閉交通。

(4)可確保路基和周邊建筑完好:舊水泥路面共振碎石化施工采用的是共振原理,只有連續(xù)、相同介質(zhì)方可引起共振,因此不會(huì)對(duì)路基和周邊建筑產(chǎn)生破壞。

(5)環(huán)保性較好,減少了施工垃圾:舊水泥路面共振碎石化后可實(shí)現(xiàn)再生利用,不僅提高了既有材料的利用率,也減少了廢棄水泥混凝土塊,無需耗時(shí)耗力進(jìn)行處理。

3 工程案例分析

G240岳湘公路擴(kuò)建工程,原為S308省道,路面結(jié)構(gòu)為25 cm C35水泥混凝土面層+碎石灰土+C10水泥混凝土調(diào)平層,根據(jù)《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(JTJ 073.1—2001)將此路段路面破損狀況等級(jí)評(píng)定為次及次以下,經(jīng)綜合分析決定采取共振碎石化+瀝青混凝土面層的處理方案。建設(shè)期為30個(gè)月,于2016年7月開工,2018年12月完工。

3.1 應(yīng)用要點(diǎn)

(1)前期調(diào)查工作。

調(diào)查擬破碎水泥路面狀況,主要是明確各路段破損情況,檢測(cè)彎沉值,查明是否存在斷板、脫空、翻漿、唧泥、沉陷等問題,必要時(shí)可采取鉆芯取樣、開挖試坑方法;調(diào)查沿線橋涵、地下管線、建筑物情況;調(diào)查發(fā)現(xiàn)瀝青混合材料等修補(bǔ)物,及時(shí)清除干凈。經(jīng)由綜合分析,明確可使用共振碎石化技術(shù)的具體路段,并做好記錄、實(shí)地標(biāo)記等工作。調(diào)查排水系統(tǒng),共振碎石化施工前全面調(diào)查原有道路排水系統(tǒng),若是發(fā)現(xiàn)排水存在問題需在共振前完善排水系統(tǒng)。

(2)管制交通、封閉施工區(qū)域。

在舊水泥路面共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用時(shí),對(duì)于不中斷交通的施工路段需做好交通管制工作,采取半幅施工方法;嚴(yán)格按規(guī)定設(shè)置警示標(biāo)志,將施工區(qū)域封閉,嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)出,避免出現(xiàn)安全事故;現(xiàn)場派專人指引車輛,保證共振碎石化施工安全。

(3)共振破碎施工。

舊水泥路面共振碎石化施工前,選取長約500 m的試驗(yàn)路段進(jìn)行作業(yè),根據(jù)施工情況調(diào)整共振頻率、振幅、行進(jìn)速度,獲得最佳破碎效果。共振碎石化施工時(shí),主要從外側(cè)車道邊緣朝著內(nèi)部逐條破碎,每條破碎間有所搭接,不留空白,具體施工要點(diǎn)如下:①共振碎石化施工過程中,隨時(shí)掌握水泥混凝土板塊、路基情況,調(diào)整共振設(shè)備參數(shù),避免破碎不到位或是過度破碎;②共振碎石化施工后,面層碎石達(dá)合格級(jí)配,下層碎石達(dá)緊密嵌鎖不易滲透的目標(biāo);③共振碎石化施工后徹底壓實(shí),保證承載力達(dá)預(yù)期要求。

(4)灑水碾壓。

舊水泥路面共振碎石化施工完成后開展全面檢查,若是發(fā)現(xiàn)表面層存在5 cm粒徑以上的碎塊,需及時(shí)清除,并使用小粒徑碎石與砂填平后碾壓。碾壓前灑水,使用振動(dòng)壓路機(jī)碾壓3～4遍直至壓實(shí),最終檢測(cè)無誤后可攤鋪瀝青混凝土。

3.2 共振碎石化施工方法

(1)共振碎石化處理。

選取ZL-600型全浮動(dòng)式共振破碎機(jī)進(jìn)行作業(yè),用振動(dòng)梁帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng),振動(dòng)力自上往下,振碎裂紋與路面形成35°～40°夾角,碎石塊之間嵌擠咬合。經(jīng)由共振碎石化施工作業(yè),舊水泥路面形成三層結(jié)構(gòu):表面松散層(厚度約3～8 cm)、碎石化層上部與下部(厚度約10 cm)。

(2)碾壓處理。

共振碎石化施工完成后開展碾壓作業(yè),包括初壓、終壓兩個(gè)步驟,本工程碾壓方案具體如表2所示。碾壓處理時(shí),另外配置1臺(tái)1～2 t小型振動(dòng)壓路機(jī)用于補(bǔ)充碾壓,同時(shí),為增強(qiáng)碾壓效果,配置1臺(tái)4.5～8 t灑水車在第1遍、第3遍碾壓前灑水,達(dá)到最佳含水量4%～5%后碾壓。本工程碾壓完成后開放交通,在自然交通情況下進(jìn)行養(yǎng)生,做好灑水濕潤工作,穩(wěn)固表面松散層,同時(shí)合理設(shè)置標(biāo)志引導(dǎo)交通。

表2 共振碎石化碾壓方案

(3)補(bǔ)平與補(bǔ)強(qiáng)處理。

①補(bǔ)平措施:自然通車7 d后,表層高差<2 cm不作處理,高差2～5 cm可平整處理,使用級(jí)配碎石進(jìn)行補(bǔ)平、壓實(shí)。

②補(bǔ)強(qiáng)措施:相對(duì)平整度或沉陷超過5 cm且彎沉值大于設(shè)計(jì)規(guī)定的情況下,選用水泥穩(wěn)定粒料類、低標(biāo)號(hào)水泥混凝土等材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理,采取深挖換填方法。

(4)穩(wěn)定封層處理。

在碎石化層表面鋪筑2 cm厚AC-13瀝青混合料穩(wěn)定封層,機(jī)械攤鋪碾壓,有效提高了結(jié)構(gòu)層整體性、穩(wěn)定性,且可有效防止反射裂縫的產(chǎn)生,對(duì)加鋪層起到良好功能層作用。

3.3 工程應(yīng)用效果

自2018年12月完工開放交通至今,對(duì)其進(jìn)行跟蹤觀測(cè),碎石化路段的整體路況比較理想,盡管使用了3年,其強(qiáng)度和平整度仍然滿足《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1—2017)的要求。路面未產(chǎn)生反射裂縫、沉陷變形等問題,有效降低了能源消耗和不必要的配套設(shè)備及工程費(fèi)用投入。

4 結(jié)束語

綜上所述,共振碎石化技術(shù)是舊水泥路面改造的重大突破,可有效優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)層,避免反射裂縫的產(chǎn)生,同時(shí)也提高了既有材料利用率、減少了各種廢棄物的產(chǎn)生,具有較好的節(jié)能環(huán)保效果。經(jīng)過十多年的工程實(shí)踐與總結(jié),我國研發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)共振破碎機(jī),相關(guān)技術(shù)體系不斷完善,且獲得了較好的應(yīng)用效果,路面平整穩(wěn)定,使用年限長,值得大力推廣。