淺析碎石化技術(shù)在水泥混凝土路面施工的應(yīng)用

林曉川

（汕頭市建筑工程總公司，廣東 汕頭 515000）

隨著使用年限的增長(zhǎng)和重載車輛的反復(fù)行駛，水泥混凝土路面損壞嚴(yán)重，出現(xiàn)了斷板、縱橫向裂縫、角隅斷裂等病害現(xiàn)象，路面技術(shù)狀況日趨下降，直接影響行車安全和舒適性。

共振破碎技術(shù)在舊水泥混凝土路面改造中應(yīng)用越來(lái)越廣，共振技術(shù)與傳統(tǒng)路面改造技術(shù)相比，共振碎石化技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，沒(méi)有因?yàn)橥诔膺\(yùn)引起的運(yùn)輸路段污染、棄土場(chǎng)污染、環(huán)境污染??；其次，因?yàn)楣舱袷┕すに囂攸c(diǎn)，施工周期明顯縮短；第三，因?yàn)橹挥惺┕がF(xiàn)場(chǎng)的施工組織管理，施工管理簡(jiǎn)單，大大減小管理協(xié)調(diào)的工作量和管理成本；第四，能有效防止或延緩瀝青混凝土面層出現(xiàn)的反射裂縫等病害。

1 施工現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查

某路段于1993年建成通車，原路面結(jié)構(gòu)組合為20 cm水泥混凝土＋15 cm石灰土基層，水泥混凝土設(shè)計(jì)抗折強(qiáng)度4.5 MPa。水泥混凝土路面破損嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為角隅斷裂，縱、橫、斜向裂縫、破碎板、錯(cuò)臺(tái)、修補(bǔ)破損等病害，有的剛修補(bǔ)過(guò)不久的路面也出現(xiàn)了裂縫。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)臨石線水泥混凝土路面狀況指數(shù)（PCI）平均達(dá)到53.5%，斷板率平均達(dá)到24.4%，嚴(yán)重影響行車舒適及交通安全。通過(guò)對(duì)路面鉆芯取樣，測(cè)試劈裂強(qiáng)度5.65 MPa?，F(xiàn)路面結(jié)構(gòu)改為舊水泥混凝土路面使用共振碎石化后，碾壓密實(shí)，作為路面基層，直接鋪筑7 cm中粒式瀝青混凝土＋8 cm粗粒式瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。

2 早期水泥路面改造方法

早期的水泥路面改造工程主要是對(duì)舊面面層做一些拉毛處理后，直接加鋪一層新的水泥混凝土或加鋪瀝青混凝土（白改黑），這樣做的主要原因還是成本問(wèn)題。然而，由于舊水泥面板的預(yù)留接縫、裂縫、坑洞、脫邊、板底空洞造成的不穩(wěn)定性等病害的存在，使得改造后的路面整體強(qiáng)度大打折扣。新舊面層在車輛載荷的連續(xù)沖擊下，舊面板病害處的承載力會(huì)突然降低，造成應(yīng)力集中而反射到上面，使加鋪的新面出現(xiàn)載荷型反射裂縫；同時(shí)由于溫度變化，造成兩層材料的脹縮效應(yīng)出現(xiàn)差異，溫度應(yīng)力在下層裂縫處得不到連續(xù)，使得上層產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成溫度脹縮型反射裂縫。為防止這樣的反射裂縫，在加鋪工藝上采取了以下幾種方法：①在兩層之間設(shè)置夾層，就是以土工格柵、土工織物、橡膠瀝青等特殊材料設(shè)置于新舊層之間，吸收部分應(yīng)力、延緩裂縫的反射、增強(qiáng)新加鋪層的抗拉抗剪強(qiáng)度，使新舊層結(jié)合為一體；②加鋪較厚的新層，以提高新層的強(qiáng)度和抗反射裂縫的能力。但成本明顯增大，效果卻有限；③在新加鋪層上設(shè)置脹縮縫，以釋放下層反射的應(yīng)力集中。

3 碎裂技術(shù)的工作原理

設(shè)備獨(dú)特的共振技術(shù)可以持續(xù)產(chǎn)生高頻低幅的振動(dòng)能量，通過(guò)破碎錘頭傳遞到水泥板里。不同于重錘將水泥板塊“打斷”的沖擊作用。共振碎裂機(jī)動(dòng)量高，和板塊接觸時(shí)問(wèn)短，是將水泥板塊表面的“裂紋”瞬間均勻地“擴(kuò)展”到板塊底部，不破壞基層結(jié)構(gòu)。水泥板塊產(chǎn)生的裂紋是斜向的，與路面成35°～40° 角。這種獨(dú)特的斜向受力和嵌緊結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了碎裂后結(jié)構(gòu)的承載力。作用于水泥板塊內(nèi)部的高頻振動(dòng)力使得整體碎裂均勻，碎塊大小和方向極其規(guī)律。而且里面的鋼筋也可以和水泥之間完全剝離。由于該共振設(shè)備只是將作用力擴(kuò)展到板塊的邊緣即完成了能量的傳遞，所以對(duì)板塊周圍的結(jié)構(gòu)設(shè)施不會(huì)造成破壞。

4 施工程序

舊水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)施工程序：路況調(diào)查→清除瀝青修補(bǔ)層→灑水濕潤(rùn)→試振→檢測(cè)驗(yàn)證→共振碎石化→清除表面粗粒料→壓實(shí)→技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)→鋪筑瀝青混合料→壓實(shí)→保養(yǎng)→開(kāi)放交通。

5 施工要點(diǎn)

結(jié)合城市道路的特點(diǎn)，使用共振破碎技術(shù)施工時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

5.1 以下地區(qū)不適合共振破碎施工

地勢(shì)較低、路面積水較多的地區(qū)，路基為較濕的黏土和混入泥沙的黏土地區(qū)，路面上留有5 cm或以上車轍的地區(qū)，這些路段應(yīng)該進(jìn)行局部翻挖處理。

5.2 壓穩(wěn)

共振破碎施工是使舊水泥混凝土路面被共振破裂，而不是粉碎，因此將表面壓平、壓穩(wěn)即可，不可能也不必達(dá)到一般意義上的壓實(shí)；在工程中使用10 t鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行2～3遍碾壓，將表面細(xì)小碎粒壓入裂縫。進(jìn)一步提高破碎混凝土的模量，然后用水灌車在表面灑l遍水，再進(jìn)行l(wèi)遍振動(dòng)碾壓。

5.3 需在干燥的環(huán)境下進(jìn)行

共振破碎技術(shù)需要在干燥的環(huán)境下進(jìn)行，以使混凝土破碎過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)小顆粒保存下來(lái)，和粗顆粒形成整體提高整體強(qiáng)度。此外干燥的環(huán)境還可避免土基變軟和瀝青混凝土面層產(chǎn)生水損害。施工中采取的排水措施主要是設(shè)置邊緣排水系統(tǒng)，即在每隔 100～300 m或在較低的地方布置橫向排水管將水排出道路。最常見(jiàn)的設(shè)置形式為深45～60 cm、寬30 cm并內(nèi)襯油氈或?yàn)V網(wǎng)的排水溝，溝底鋪設(shè)多孔塑料管或土工織物覆蓋的其他管道。

5.4 豎井、隔離帶邊緣及交叉口的影響

城市道路由于遍布各種公用設(shè)施，施工環(huán)境比公路更為復(fù)雜。對(duì)于井蓋等構(gòu)造物，應(yīng)提前在標(biāo)記的外側(cè)邊緣 30～60 cm范圍內(nèi)提升共振破碎頭以越過(guò)井蓋。

6 碎裂化施工工藝

6.1 安裝排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)的質(zhì)量決定道路使用的效果和壽命。共振工藝的正確實(shí)施，需要良好的排水系統(tǒng)作為保障。所以，在破碎工程開(kāi)始前兩周安裝排水系統(tǒng)。在35省道施工路段，早期施工時(shí)因?yàn)闆](méi)有處理好排水，引起破碎后路面積水，結(jié)果彈性模量和控制彎沉檢測(cè)總是達(dá)不到要求，后來(lái)重新處理排水后，彎沉指標(biāo)明顯好轉(zhuǎn)。以上是典型的排水系統(tǒng)工作原理。

6.2 碎化處理

破碎前，應(yīng)對(duì)破碎車道水泥混凝土路面表面灑水濕潤(rùn)，防止破碎時(shí)揚(yáng)塵飛揚(yáng)，污染環(huán)境。破碎順序一般由水泥路面外側(cè)車道開(kāi)始，從邊緣向中間破碎，每次間隔20 cm進(jìn)行往復(fù)破碎。如果縱向車道作了縱向切割，也可由中向邊順序破碎。破碎一個(gè)車道的寬度，實(shí)際破碎寬度應(yīng)超過(guò)一個(gè)車道，與其相鄰車道搭接至少15 cm。

6.3 振動(dòng)碾壓

舊水泥混凝土路面共振破碎質(zhì)量主要受到破碎機(jī)施工速度、振幅、破碎順序、破碎施工方向以及不同基層強(qiáng)度、剛度條件、對(duì)破碎機(jī)調(diào)整要求等，均會(huì)對(duì)破碎程度、粒徑大小排列和形成的破裂面方向造成影響。為了確保共振破碎質(zhì)量，實(shí)施共振破碎前必須進(jìn)行破碎試振。試振后，通過(guò)開(kāi)挖坑穴，檢驗(yàn)破碎粒徑分布情況以及均勻程度，確定破碎機(jī)施工參數(shù)及施工組織措施等。壓實(shí)前，應(yīng)清除舊水泥混凝土路面接縫內(nèi)大于5 cm的碎石塊，并對(duì)凹陷的路段采用級(jí)配碎石粒料回填，然后采用光輪壓路機(jī)碾壓密實(shí)。

6.4 技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)

舊水泥混凝土路面實(shí)施共振碎石化后，采取外觀鑒別和實(shí)地檢測(cè)相結(jié)合的方法，選取具有代表性的路段挖坑穴抽樣檢驗(yàn)、檢測(cè)，一般每隔250 m距路邊2.5 m位置處開(kāi)挖1 m2左右的坑穴，深度至路面基層頂面，分析共振破裂效果。鑒別板塊內(nèi)是否產(chǎn)生斜向受力和嵌緊結(jié)構(gòu)，判斷、分析、評(píng)價(jià)共振碎裂技術(shù)作用力擴(kuò)展到板塊的何位置完成了能量的傳遞，以及對(duì)板塊周圍的結(jié)構(gòu)物和基層是否會(huì)造成損壞。同時(shí)，定點(diǎn)檢測(cè)沉降量、回彈彎沉值測(cè)定、破碎狀況檢測(cè)、縱橫坡度檢測(cè)等。結(jié)果表明：共振破碎使舊水泥混凝土路面縱、橫坡度發(fā)生變化較??；沉降量和側(cè)向位移相對(duì)較??；回彈彎沉值測(cè)定舊水泥混凝土路面回彈彎沉值小，共振碎石化碾壓后回彈彎沉值大，符合充當(dāng)基層的回彈彎沉值，鋪筑瀝青混凝土路面后路表回彈彎沉值測(cè)定小于路面容許彎沉值，符合設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)破碎將舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低到一定程度，防止反射裂縫的產(chǎn)生，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)兩者較好的平衡，且具有快速、有效地修建路面工程，改善路面狀況，施工周期短、節(jié)約資源、環(huán)境污染少的特點(diǎn)，有效解決了水泥混凝土路面改造難題。