水泥路面白改黑施工技术探讨

马正英 东斌兰

0 引言

目前,水泥混凝土路面(以下称水泥路面)已进入修复期,且有进一步扩大的趋势。公路养护技术工作者面前的迫切问题就是在不影响已有安保设施功能、环境保护的条件下,如何既节省资源,又节约资金,并快速、彻底的解决大量水泥路面脱空、唧泥、破损、行车噪声增大、舒适性变差等一系列难题。

1 碎石化简介

采用MHB碎石化施工机械将病害严重(破损率大于20%)的水泥路面进行冲击破碎、整形、碾压(这个过程称碎石化),再经过热沥青灌入式调平、稳定后作为路面底基层,并在其上面铺筑沥青稳定碎石柔性基层、沥青混凝土面层的过程,称为水泥路面白改黑。水泥路面碎石化底基层强度形成机理:

1)碎石化后表层约2 cm～5 cm,在压实过程中颗粒被压密,形成嵌挤薄层,通过洒布透层油有较高的粘结力,并具有一定的强度和稳定性;

2)碎石化层上部厚度约10 cm,强度一是来源于颗粒间内摩阻角,粒径越大则内摩阻角越大;二是来源于预应力,水泥混凝土面板在破碎时,混凝土产生侧向体积膨胀,混凝土颗粒的粒径越小,膨胀趋势越大,产生的预应力越大;

3)碎石化层下部厚度约10 cm范围是“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构,该结构静定且自稳,具体表现为各种形式的咬合梁、拱结构,在外力作用下产生咬合嵌挤作用,比普通嵌锁作用更大,提供的强度更高,具有更好的结构稳定特性。

2009年,西安公路管理局对G108周城路段的8.23 km水泥路面进行了白改黑工程措施,收到理想的工程效果。为更好的推广碎石化新技术的应用,现以该工程施工为例,介绍一下水泥路面白改黑施工相关技术。

2 施工工艺过程

2.1 碎石化工艺主要流程

碎石化工艺主要流程为:调查构造物结构→清除路面杂物→水泥路面碎石化→调平层封层→摊铺沥青碎石基层→铺沥青混凝土面层。

2.2 调查构造物结构、位置与标记

1)碎石化前要将沿线公路结构物(包括桥涵、地下管线、路侧挡土墙、建筑房屋等)的平面位置、结构材料及类型调查清楚,以便调整破碎形式。

2)调查旧水泥路面的结构尺寸和强度,针对不同类型混凝土结构,通过试验段确定落锤头落距和落锤头高度,为大面积施工提供技术指导数据。

3)与桥梁连接段应标明破碎的位置,根据实际情况,可以破碎到桥头搭板的后端,或根据路面设计高程破碎到监理指定位置。要求新铺沥青混凝土面层与桥面衔接顺适。

2.3 清除水泥路面上的沥青修补层

1)清除水泥路面上的沥青修补层,由于沥青修补层能消耗落锤头巨大的冲击功能,严重影响水泥路面的破碎效果,故在碎石化施工前,应清除水泥路面上的沥青修补材料。

2)清除水泥路面上散落碎石等杂物,由于这些散落的杂物同样可以消耗落锤冲击能量,影响碎石化效果。故在碎石化施工前,应对水泥路面进行彻底的清扫,确保水泥路面表面干净无杂质。

2.4 碎石化

1)本项目选用碎石化机械主要技术参数。型号:PS360;工作速度:120 m/h;行驶速度:8 km/h;工作锤数量:12个;侧翼锤数量:4个;额定功率:268 kW;转速:2 100 r/min;最大破碎宽度:4 m;最小破碎宽度:0.8 m;破碎频率:30次/min～35次/min。

2)破碎技术参数。根据水泥路面强度、厚度,通过试验段确定落锤高度和落锤间距见表1。

表1 落锤高度、间距表

3)碾压破碎。采用MHB破碎机将旧水泥路面破碎后的表面粒径偏大,既不均匀,也不稳定,应采用 YZ18(Z型轮)振动压路机补充破碎并压实其表面,使破碎后的水泥混凝土块形成内部嵌挤、高密度、高强度的新结构层。

4)交通管制。破碎后的混凝土碎块表面在没有进行热沥青(或乳化沥青)调平层之前不允许开放交通,避免行车损坏经碾压已稳定的碎石化表层。建议在条件允许时进行封闭施工路段,若条件不允许,应采取半幅封闭施工。

2.5 调平层、封层

1)调平层,碎石化后应采用级配碎石对平整度较差的混凝土块表面进行调平、稳压,并用热沥青(或乳化沥青)进行下灌处理。

2)封层,为消除雨水下渗、确保柔性基层和调平层的粘结,采用同步碎石封层。

2.6 摊铺沥青柔性基层、沥青混凝土面层

柔性基层选用8 cm密级配ATB-25沥青稳定碎石;面层选用4 cm密级配AC-13F型沥青混凝土。

3 工艺过程中应注意的问题及对策

3.1 碎石化

由于水泥路面在长期养护工程中处治方案的差异,导致水泥路面结构形式、厚度尺寸、混凝土强度等方面不同,这就要求操作人员要随时根据试验段数据和破碎情况及时调整碎石化机械工作,确保破碎效果符合设计要求。对碎石化机械未能破碎或者不便破碎的混凝土板块,采用小型破碎槌进行打碎。为确保碎石化段落和结构物衔接顺适,并不引起裂缝、跳车等现象,我们在柔性基层下部加铺双向抗拉强度为60 kN/m的玻纤格栅进行防裂稳定处理,效果理想。

3.2 调平层、封层

1)调平层,级配碎石调平层厚度不宜过大,一般控制在3 cm以内,超过3 cm的宜采用沥青稳定碎石混合料进行调平,以确保底基层稳定。调平层灌入热沥青(或乳化沥青)后,应采用最大粒径为8 mm的集料(通过0.075 mm粒径的颗粒小于0.5%)进行嵌缝,用量以不粘轮胎为准。2)封层,封层采用同步碎石工艺,沥青用量保持在1.0 kg/m2～1.2 kg/m2;采用最大粒径为 8 mm的集料,用量7 m3/km2～9 m3/km2。封层后即开放交通,以消除脱空的混凝土碎块之间咬合梁或拱结构,确保其结构稳定性,以免引起面层损坏。

3.3 柔性基层

柔性基层选用8 cm密级配ATB-25沥青稳定碎石混合料。混合料各项技术指标为:稳定度8.3 kN,流值3.001 mm,孔隙率4.4%,沥青饱和度65.1%,理论密度 2.593 g/cm3。

3.4 沥青混凝土面层

面层选用4 cm密级配AC-13F沥青混凝土。

沥青混凝土各项技术指标为:稳定度9.3 kN,流值2.57 mm,孔隙率3.2%,沥青饱和度77.1%,理论密度 2.558 g/cm3。

4 白改黑效果

MHB碎石化改造技术充分利用旧路残余强度,不仅消除了传统施工方法所产生的反射裂缝,而且能快速、有效地实现路面功能恢复。由于碎石化后加铺的沥青混合料结构层厚度较小,不影响已有安保设施功能,节约资源,消除了废料污染环境。其工程效果、经济效益和社会效益都非常显著。

5 结语

旧水泥路面采用碎石化技术改造已得到广泛应用,本文是我们在水泥路面白改黑施工中的一些具体做法,具有一定的局限性。望我们共同总结、交流碎石化施工经验,推动这项新技术发展。

[1] 崔志珍.浅议水泥稳定碎石基层的施工技术[J].山西建筑,2009,35(8):307-308.