多锤头碎石化技术在水泥混凝土路面大修中的应用

2011-07-30曾俊标李洪丙

湖南交通科技 2011年3期

曾俊标，李洪丙

(广东华美加工程顾问有限公司，广东广州 510627)

水泥混凝土路面凭借其具有强度高、稳定性好、耐久性好、造价适当、养护维修费用小、抗滑性能好、抗水害性强、材料来源广泛、施工机械简单等优点，在全国各级公路中被广泛采用，特别是在20世纪80、90年代修建的路面，多以水泥混凝土路面为主。

早期修建的水泥混凝土路面，已达到使用设计年限的末期。近几年，随着我国经济快速发展，交通量快速增长，特别是超重车辆的增多，路面出现各种病害，且发展迅速，严重削弱了路面结构强度，降低了道路的服务水平，致使早期修建的大量水泥混凝土路面进入了大修改造阶段。采用哪一种技术方案对水泥混凝土路面进行大修改造，特别是如何充分利用现有路面结构剩余强度，国内外许多道路管理部门和研究机构进行了大量的研究。多锤头碎石化技术凭借着就地破碎、工艺简单、碎石化后经碾压形成稳固基层结构、施工速度快、节省路面大修投资以及注重环保等优点，已成为旧混凝土路面大修改造的技术方案之一［1］。本文以G324线SW段水泥混凝土路面大修工程为例，通过现场试验，确定了多锤头碎石化施工设备技术参数和施工工艺，提出了碎石化施工过程质量控制指标和标准，碎石化施工质量取得了预期的效果。

1 工程概况

G324线SW段于1992年改建成，道路等级为二级公路，原路面结构为25 cm混凝土板+15 cm水泥石灰稳定土基层+15 cm水泥石灰稳定土底基层。随着项目沿线地区社会经济的快速发展，道路也承受着繁重的交通荷载，特别是超载车辆增加，导致路面破损状况进一步发展，出现了短板、错台、沉陷等病害，严重影响了道路的通行能力和服务水平。路面使用状况检测结果显示，本项目大多路段路面断板率大于30%、面板脱空率约44.6%左右，旧水泥混凝土板弯拉强度标准值为4.82 MPa。经有关主管单位批准，管养单位决定对该路段路面进行大修。大修工程路面设计技术方案如下:将现有旧混凝土路面进行碎石化、碾压形成稳固强度后，加铺2 cm乳化沥青封层，再加铺26 cm水泥混凝土面板。旧混凝土板碎石化后经碾压形成稳固结构层作为大修后路面基层，基层顶面设计当量回弹模量为126 MPa。

2 多锤头碎石化技术特点

多锤头碎石化技术是通过专用设备一次性破碎旧水泥混凝土面板，破碎后其颗粒粒径小，力学模式趋向于级配碎石，因而将其命名为碎石化。碎石化并经振动碾压后旧混凝土路面结构不仅具有一定承载力，而且具有有效防止或限制反射裂缝发生、发展的作用。实施多锤头碎石化主要设备有多锤头破碎机和Z形格网式单钢轮振动压路机。

多锤头破碎技术是通过多个锤头不停的上下起落，对路面形成连续的锤击作用，在锤头的提升过程中，液压系统提升锤头使锤头产生势能，在锤头下落的过程中，势能转化为动能，对路面产生锤击作用使旧路面板破碎。

碎石化采用与多锤头破碎机配套使用Z格网式型压路机，其作用是进一步碾压碎石化后的旧路面，对破碎后的路面进行补充破碎，从而确保碾压效果和表面平整。施工过程中，采用振动压实作业，使破碎后的水泥混凝土块形成内部嵌挤、高密度、高强度结构的新结构层。

3 多锤头碎石化施工工艺

3.1 施工前准备工作

碎石化施工前先对旧水泥混凝土路面破损状况进行调查，以确定碎石化施工工艺。同时，需先对施工路段的敏感的构造物进行标识、旧路特殊地段进行处理以及做好施工期间交通管制工作等。

3.1.1 标识沿线构造物

对采用多锤头破碎机破碎的路段，因锤头下落引起的震动，对特殊构造物(小桥、涵洞等)的安全使用性能造成很大影响。因此，需对构造物顶部及两侧旧混凝土板采取挖除换板或其它处治措施进行处理，而对于对沿线不同距离的路边建筑物或不同埋深的管线等，采用不同标志的红色油漆标注清楚，分别使用不同的破碎能量施工，以确保其安全。

3.1.2 对特殊路段进行处理

在破碎之前应先修复软弱基层和底基层，对混凝土路面存在其他缺陷的路段，如沉陷、错台、翻浆等应清除后采用级配碎石填充并压实。

3.1.3 做好交通管制及分流工作

根据路面大修工程施工期间交通组织设计方案，结合项目实际施工进度计划，进行交通分流，以确保交通顺畅以及施工安全。

3.2 碎石化施工设备参数确定

本文采用多碎石化设备为国产化的自行式多锤头破碎机，其后携带8对重锤呈两排分布，后排重锤对角装配在前排重锤间隙中心。重锤的重量为800～900 kg，破碎频率为20～40次/min，每对重锤由单独的液压控制系统控制，能够以相同的行进速度和不同的提升高度、频率对路面进行冲击破碎。经试验路试验后，确定多锤头破碎机技术参数，如表1所列。

旧混凝土路面破碎后，采用Z型钢轮压路机进行振动压实，再采用光轮压路机进行振动压实。其中，Z型钢轮压路机自重为18 t，光轮压路机自重为13 t。振动压实时，Z型钢轮压路机采用高频高幅，光轮压路机采用高频低幅。

表1 多锤头破碎机施工主要技术参数

3.3 碎石化施工技术要点

在完成各项施工准备工作后，将多锤头破碎机行驶到施工区域内，破碎旧混凝土路面1遍，再用Z型钢轮压路机振动压实3遍，之后用光轮压路机振动压实2遍。

多锤头破碎机进行破碎:先破碎硬路肩，然后破碎主车道。两车道破碎要保证15 cm左右的搭接宽度。同时，在破碎路两侧路肩时可适当降低锤头高度，减小落锤间距，既保证破碎效果，又不至于因破碎功过大而使路肩破碎过度。多锤头破碎机行走时，还要注意用横杆保持破碎位置，并根据旧水泥混凝土路面的强度差异随时优化调整行进速度、落锤高度、频率等参数，尽量达到路面破碎粒径均匀。

4 施工质量控制

4.1 检测内容及方法

根据路面大修设计方案，碎石化后的旧混凝土路面作为加铺水泥混凝土路面的基层，其碎石化施工质量将直接影响着本项目路面结构设计。若质量控制不到位，可能使新建路面结构强度趋于偏危险状态。因此，对碎石化旧混凝土路面进行检测，是控制路面施工质量的重要措施之一。结合相关研究成果和实践经验［2］，确定碎石化后旧混凝土路面质量检测项目，检测项目为碎石化层的粒径范围与碎石化后旧路面整体强度检测。

碎石化层的粒径检测方法:在施工区内随机选取不少于2处/km，每处试坑开挖面积约1 m2的(应避开有横向接缝或工作缝的位置)，试坑应开挖至旧混凝土底部，以能在全深度范围内检查碎石化后的颗粒是否在规定的粒径。碎石化旧混凝土路面顶面当量回弹模量和弯沉检测按JTG E60-2006规定的方法进行测试［3］。

4.2 施工质量控制标准

4.2.1 碎石化后粒径检测

碎石化后旧混凝土路面结构由板体结构转变为松散体结构，其结构强度由碎石化后碎石级配相互嵌挤形成，级配组成情况将对路面强度均匀性产生较大影响，为保证碎石化后旧混凝土路面整体强度均匀性。对碎石化后旧混凝土的粒径大小进行检测，按照一定检测频率对破碎后的水泥混凝土层开挖试坑，试坑开挖至基层，验证其破碎后的粒径大小，其质量控制标准如表2所列。

表2 碎石化粒径检测验收标准

4.2.2 弯沉值检测

根据我国现行路面设计规范，水泥混凝土路面基层结构设计参数是采用基层顶面当量回弹模量［4］。新建公路路面基层顶面当量回弹模量通过实测其以下各结构层抗压回弹模量、路床顶面的回弹模量，并根据各结构层厚度计算出基层顶面当量回弹模量。而对于旧路改造公路路面顶面当量回弹模量则是采用间接法获得，即根据路面顶面实测弯沉值，采用经验公式计算转化为当量回弹模量值。现行设计规范推荐的经验公式是根据柔性路面顶面当量回弹模量与弯沉关系建立的，与本项目实际条件不相符，有必要通过实测碎石化路面顶面当量回弹模量和弯沉来建立起关系式，便于在施工过程中的质量控制。

对承载板法实测顶面回弹模量检测点进行贝克曼梁弯沉值检测，根据检测结果，可以得出顶面当量模量与弯沉关系图，如图1。