舊水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)技術(shù)淺析

李榮華

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)佛山斯美設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528200）

舊水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)技術(shù)淺析

李榮華

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)佛山斯美設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 佛山 528200）

簡(jiǎn)要介紹了舊水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)技術(shù)的產(chǎn)生背景、原理、要求、工藝、質(zhì)量控制等內(nèi)容，有關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供相關(guān)專業(yè)人員參考。

舊水泥混凝土；打裂壓穩(wěn)；路面再利用

1 水泥混凝土路面再利用的背景[1,2]

與瀝青混凝土路面相比，水泥混凝土路面有許多優(yōu)點(diǎn)，如承載能力強(qiáng)、彎拉強(qiáng)度高、疲勞壽命長(zhǎng)、材料來(lái)源廣泛、建成初期養(yǎng)護(hù)管理費(fèi)用較低等。但同時(shí)也存在缺點(diǎn)，主要是后期修復(fù)難度大、成本高、時(shí)間長(zhǎng)、效果不好。尤其是在現(xiàn)實(shí)情況下，重型車輛越來(lái)越多，而水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)形式對(duì)重載超載的高度敏感，使用壽命急劇縮短，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用增長(zhǎng)快速。當(dāng)水泥混凝土路面出現(xiàn)病害后，往往發(fā)展迅速，在短短兩三年內(nèi)病害成倍增長(zhǎng)，很快便使整個(gè)路段的使用性能不滿足行車的要求。

目前，一方面由于重型車的影響，水泥混凝土路面出現(xiàn)了較多病害；另一方面，修建于早期的水泥混凝土路面到了使用壽命，也出現(xiàn)了破損嚴(yán)重的問(wèn)題，大量水泥混凝土路面面臨改建問(wèn)題。如何對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、迅速、有效的維修或改建，是目前必須解決的問(wèn)題。水泥混凝土路面病害比較嚴(yán)重，當(dāng)修補(bǔ)無(wú)效的時(shí)候，傳統(tǒng)方法是將舊水泥混凝土路面挖除，重新設(shè)計(jì)和修建新的路面。挖除的舊水泥混凝土板廢棄后，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，成本也較高，社會(huì)反響也比較強(qiáng)烈。

近些年，隨著一些新型設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，舊水泥混凝土路面利用出現(xiàn)了一些好的方法。在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，大大降低了工程造價(jià)，節(jié)約了資源，解決了水泥混凝土廢棄垃圾污染環(huán)境的問(wèn)題，甚至一些民用建筑的垃圾經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，都可以作為道路建設(shè)的優(yōu)良材料，在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也取得了很好的社會(huì)效益。

舊水泥混凝土路面利用方法分為再生利用和回收再生利用。

再生利用的方法有水泥混凝土路面碎石化技術(shù)、水泥混凝土路面沖擊壓實(shí)技術(shù)和水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)技術(shù)?；厥赵偕弥饕侵笇⑴f水泥混凝土塊填入專用破碎機(jī)如顎式破碎機(jī)破碎成一定粒徑的碎石，如作為水泥穩(wěn)定碎石材料進(jìn)行利用，或作為片石、漿砌利用。

原路利用主要是指利用舊水泥混凝土路面作為基層，在上面加鋪其他結(jié)構(gòu)層的方法，主要有“白+黑”和“白+白”。

本文主要介紹水泥混凝土路面打裂壓穩(wěn)技術(shù)的一些方法。

2 打裂壓穩(wěn)技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究概況

20世界80年代，打裂壓穩(wěn)施工工藝開(kāi)始在國(guó)外應(yīng)用，在美國(guó)是一種普遍采用的水泥路面破碎技術(shù)。英國(guó)最早研究和開(kāi)發(fā)該項(xiàng)技術(shù)的是運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)中心，美國(guó)運(yùn)輸研究委員會(huì)在20世紀(jì)80年代進(jìn)行了總結(jié)，發(fā)表了許多相關(guān)論文，各州也制定了相關(guān)的施工規(guī)程。打裂的斷片面積要求在0.4～0.6m2，在打裂作業(yè)時(shí)嚴(yán)禁將路面和基層震碎。

為把損壞的面板打裂，人們制造出了各種機(jī)器設(shè)備。早期是利用裝在挖掘機(jī)臂架上的液壓破碎鎬進(jìn)行打裂，其施工速度和效果難以適應(yīng)大面積工程的要求。在實(shí)際施工作業(yè)中，一般采用門(mén)板式破碎機(jī)打裂壓穩(wěn)舊混凝土路面。

理論上的分析研究和實(shí)際施工情況都表明，沖擊壓路機(jī)的打裂—壓穩(wěn)，與門(mén)板式打裂機(jī)和常規(guī)壓路機(jī)聯(lián)合作業(yè)施工的效果近似。打裂壓穩(wěn)工藝可以延緩加鋪瀝青混凝土面層反射裂縫的出現(xiàn)，并充分利用原有路面的強(qiáng)度，降低工程成本。且施工速度快，節(jié)省資金，保護(hù)環(huán)境。該技術(shù)可以使使用壽命延長(zhǎng)8 a以上。

3 板式打裂壓穩(wěn)設(shè)備

打裂壓穩(wěn)技術(shù)主要設(shè)備是門(mén)板式打裂機(jī)（見(jiàn)圖1）和壓穩(wěn)設(shè)備25 t膠輪壓路機(jī)。該技術(shù)具有破碎顆粒大，生產(chǎn)效率高，施工速度快、節(jié)約路面改造費(fèi)用及環(huán)境保護(hù)的特點(diǎn)。同時(shí)也可以通過(guò)調(diào)試門(mén)板式破碎機(jī)落錘的高度，進(jìn)一步破碎水泥混凝土路面，滿足徹底清除路面的要求。

圖1 門(mén)板式打裂機(jī)

4 原理討論

打裂同樣是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程，門(mén)板式重錘通過(guò)自行式設(shè)備提升，然后自由下落，與路面接觸，將舊水泥混凝土路面打裂成表面具有規(guī)則裂縫的整體，而又不損壞基層。接著用輪胎壓路機(jī)碾壓使破裂的板塊穩(wěn)定。被打裂的舊水泥混凝土板的裂縫并不是縱向垂直的，而是帶有一定不規(guī)則的傾斜角度。因此，打裂后的舊水泥混凝土塊相互嵌擠在一起，形成強(qiáng)度。由于打裂后塊度較原水泥板小很多，通過(guò)重型壓路機(jī)的碾壓，使塊體與基層也能有效地嵌擠在一起，消除了原路脫空的影響，恢復(fù)了基層對(duì)水泥混凝土板的支承作用。在減少反射裂縫的同時(shí)，也更加有利于基層或底基層承載能力的提高。由于破碎塊較碎石化和沖壓技術(shù)后的塊度較大，還存在一定的結(jié)構(gòu)性能和荷載傳遞能力，打裂壓穩(wěn)后的頂面回彈模量較碎石化和沖壓技術(shù)要高，有利于減薄加鋪層結(jié)構(gòu)，降低工程造價(jià)。

5 原路技術(shù)狀況要求

打裂壓穩(wěn)后的舊水泥混凝土路面一般用于道路的基層和底基層，國(guó)外多用于基層，因此對(duì)原路技術(shù)狀況的要求比碎石化工藝和沖壓工藝更高一些。用作基層時(shí)建議如下：

（1）原路面基層基本無(wú)松散，具有較好的整體性，以保證路面打裂后，其頂面回彈模量不小于3 000 MPa。建議原路面總厚度不小于55 cm，路面基層為水泥穩(wěn)定碎石或二灰碎石結(jié)構(gòu)。

（2）路面病害PCI應(yīng)處于70%～80%。

（3）路面脫空率小于30%。

（4）路面層彎沉基本小于45（0.01 mm），符合要求的測(cè)點(diǎn)大于70%。

6 施工工藝

（1）調(diào)查路線上隱藏的構(gòu)造物，對(duì)于埋深小于1.5 m的，在水平方向安全距離的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。調(diào)查沿線建筑物距路緣石的距離，對(duì)于水平距離小于10 m的建筑物，在水平方向安全距離的起點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注。對(duì)埋深在0.5～1.5 m的構(gòu)造物的路段可適當(dāng)降低落錘高度，降低破碎強(qiáng)度；對(duì)于小于0.5 m和橋涵上面則禁止破碎，采用其他方法處理，特別要注意對(duì)橋臺(tái)后搭板的保護(hù)。對(duì)于水平距離小于10 m的建筑物應(yīng)適當(dāng)降低落錘高度或在路側(cè)開(kāi)挖邊溝等措施，減少對(duì)建筑物的影響。

（2）進(jìn)行交通管制。

（3）清潔路面。

（4）在正式開(kāi)始施工之前，應(yīng)通過(guò)100 m單車道的試驗(yàn)段確定適合本項(xiàng)目的破裂程序。主要是確定門(mén)板的提升高度和打裂間距。試驗(yàn)中首先選擇有代表性的路段，通過(guò)調(diào)整門(mén)板高度和間距觀察破碎的效果，符合要求的打裂程度和頂面回彈模量的對(duì)應(yīng)的參數(shù)就是實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以指導(dǎo)施工。

在門(mén)板高度一定的情況下，破碎后路面的回彈模量隨著打裂間距的增大而增大，間距越大，破壞力就越小，板的整體性就越強(qiáng)。在打裂間距一定的情況下，破碎后路面的回彈模量隨著門(mén)板高度的增大而減小。同理分析，門(mén)板提升得越高，對(duì)板體的破壞作用就越強(qiáng)，整體性就越差，破碎后板體的模量隨之降低。在門(mén)板打裂間距一定的情況下，打裂后路面的模量變異系數(shù)隨著打裂高度的增加先減小后增大；同樣，在打裂高度一定的條件下，變異系數(shù)隨著打裂間距的增加也是先減少后增大，說(shuō)明變異系數(shù)與打裂的均勻性有密切關(guān)系。打裂高度控制在115～125 cm，打裂間距控制在35～45 cm。具體施工參數(shù)的選擇要通過(guò)試驗(yàn)段確定。

在確定破裂程序滿足要求后，應(yīng)確定壓穩(wěn)程序，一般壓穩(wěn)遍數(shù)為3～5遍?？刂茦?biāo)準(zhǔn)：在按確定程序施工的試驗(yàn)路段，每25 m取一點(diǎn)，在破裂完成后對(duì)這些點(diǎn)進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，并在每壓穩(wěn)1遍時(shí)測(cè)量每點(diǎn)的沉降量變化，如果每次壓穩(wěn)后最大沉降變化量小于5 mm，則認(rèn)為壓穩(wěn)施工達(dá)到要求。任何情況下壓穩(wěn)次數(shù)不得小于兩遍。壓實(shí)速度不應(yīng)超過(guò)4.8 km/h。

（5）破裂和壓穩(wěn)施工在確定破裂和壓穩(wěn)程序后，應(yīng)嚴(yán)格按確定程序施工。操作人員可以根據(jù)路面的具體情況進(jìn)行設(shè)備的細(xì)微調(diào)整，以滿足破裂要求。

（6）清掃。在混凝土路面破裂后，應(yīng)清除表面所有的松散、破碎的混凝土，塵土和外來(lái)物。

（7）挖補(bǔ)。如果原有混凝土路面局部在施工中發(fā)現(xiàn)已不穩(wěn)定或暴露出了軟弱或損壞基層，應(yīng)清除不穩(wěn)定路面板和軟弱基層，并全深度用適宜材料填充壓實(shí)。

（8）清縫和封縫。在布灑粘層油前，應(yīng)清除接縫中的松散料。如果接縫寬度較大應(yīng)采用許可的封縫料進(jìn)行封縫。

（9）撒布粘層油。在瀝青面層施工以前在混凝土路面表面撒布瀝青粘層油，數(shù)量為0.2～0.5 L/m2，如有必要，可以改變材料類型和撒布量以保證混凝土路面和瀝青面層的結(jié)合。

（10）HMA罩面。破裂壓穩(wěn)技術(shù)要求的最小厚度為8 cm。

（11）排水邊溝。在以下情況下必須設(shè)置排水邊溝：豎曲線底部、原路面翻漿處、平曲線超高低側(cè)和所有存在排水問(wèn)題的地段。

施工現(xiàn)場(chǎng)照片見(jiàn)圖2。

圖2 施工工藝

7 質(zhì)量控制

（1）破裂程度要求

一般水泥混凝土路面破裂效果應(yīng)使75%以上的路面不規(guī)則開(kāi)裂相鄰裂縫圍成的面積為0.4～0.6m2。鋼筋混凝土路面的破裂程度應(yīng)達(dá)到使80%的破碎板的尺寸小于50 cm，且最大不超過(guò)60 cm。

打裂尺寸的檢查：需要在打裂路面一定范圍內(nèi)均勻?yàn)⑺笫┕ぃ梢钥吹接袣馀莓a(chǎn)生，水消失后應(yīng)可看見(jiàn)清晰的裂縫痕跡，并由此鑒定開(kāi)裂的程度是否滿足要求。也可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取芯的方法確定開(kāi)裂的程度和深度。

（2）頂面回彈模量

打裂后的路面回彈模量與打裂前比較意義不大，主要是強(qiáng)度變異系數(shù)更有價(jià)值。由于打裂壓穩(wěn)后，破碎塊得到了基層更好的支撐，其回彈模量變異系數(shù)均小于打裂前。

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和施工經(jīng)驗(yàn)，取頂面回彈模量標(biāo)準(zhǔn)值為300 MPa。小于標(biāo)準(zhǔn)值的路段的路基應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理。

8 效益分析

打裂壓穩(wěn)后舊水泥混凝土路面用做底基層時(shí)，在成本、資源、能源、交通影響等方面的效益較好。當(dāng)作為基層時(shí)，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益更加顯著。

[1]李昌鑄.水泥混凝土路面再生利用關(guān)鍵技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2009.

[2]杜艷偉,王江帥.低碳公路建設(shè)技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2013.

U416.2

B

1009-7716（2017）08-0162-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.050

2017-04-17

李榮華（1983-），男，黑龍江綏化人，工程師，從事道路設(shè)計(jì)工作。