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碎石化施工技术在中小型水泥混凝土路面改造工程实例中的应用

2023-06-29罗代枭

四川建筑 2023年2期
关键词:锤头路段面板

水泥混凝土路面碎石化施工技术在我国已推广多年,取得了良好的经济效益,但因该技术需要专用设备,在中小型水泥混凝土路面改造工程中造成造价偏高,制约使用,无法全面推广。以某工业园区水泥混凝土路面改造工程实例,总结在普通设备条件下,完成碎石化工艺的经验。通过经济性比较,明确了碎石化施工技术在中小型水泥混凝土路面改造工程的经济优势。

碎石化; 普通设备; 经济优势

U418.6+7 B

[定稿日期]2022-01-24

[作者简介]罗代枭(1990—)男,本科,工程师,主要从事公路和市政工程项目管理工作。

碎石化(Rubblizatiaon)技术于20世纪后期起源于美国,该技术是将水泥混凝土路面的面板,通过专用设备一次性破碎为碎块柔性结构,这种结构不仅具有一定的承载力,而且可以有效防止或限制反射裂缝发生、发展的作用。大量实践证明:碎石化技术是目前旧水凝混凝土路面维修改造最好的技术之一[1]。

碎石化技术根据破碎原理和施工机械的不同,分为多锤头碎石化法和共振碎石化法,其中多锤头碎石化法使用的专用设备为多锤头破碎机(MHB)和配套的Z型钢轮压路机,技术原理是通过重锤冲击路面,将原本完整的水泥混凝土板块破碎成具有一定尺寸的混凝土颗粒。整体上,根据颗粒粒径及强度特性,可将碎石化层分为松散层、碎石化层上部和碎石化层下部3个层次,在正常破碎情况下,松散层由极薄的一层集料颗粒组成,集料颗粒之间没有嵌挤作用,其强度无法满足路用性能要求。碎石化层上部厚度约为10 cm左右,主要由破碎混凝土颗粒间的嵌挤形成强度,混凝土板块破碎后体积膨胀,碎石间存在预应力[2]。碎石化层下部是一层厚度约为10 cm,粒径小于37 cm的混凝土块组成,是“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构,具有良好的“拱效应”,能将竖向压力变为水平推力,借以扩散荷载。并且该结构静定且自稳,具有很好的咬合嵌挤作用[3]。据国外相关研究资料,碎石化层上部类似于沥青稳定料粒,取其模量为207 MPa,碎石化层下部由未完全断开的水泥混凝土块组成,其模量取3 450 MPa[4]。

目前,国内大型混凝土路面改造工程中多采用多锤头碎石化法,对于中小型混凝土路面改造工程,由于工程規模小,造价低,采用此法需要专用设备,造成造价偏高,无法推广应用。本文结合工程实例,采用挖掘机带破碎锤和钢轮压路机等普通设备,按照技术工艺要求,完成碎石化施工,为此类似工程项目提供参考。

1 项目概况

1.1 工程背景和概况

某工业园区道路因重车较多,路面损坏严重,运输扬尘、噪声等环境影响较大,对园区正常交通安全运输及区域环境质量带来了较大的负面影响,需要对该段道路进行修整改造。本项目道路为城市支路,路线长2.325 km,为道路修整工程,工程主要内容包括:路面工程、排水工程及交通安全设施工程,原则上不对既有道路平、纵、横指标进行调整。主要技术指标见表1。

1.2 路基路面现状

既有道路路面结构为:25 cm普通水泥混凝土面层+25 cm水泥稳定类粒料基层+20 cm水泥稳定类粒料底基层。道路主要服务园区重载货车,既有路基路面出现不同程度损坏。局部路段路基沉陷(最大沉降量约为0.2 m);既有水泥混凝土面板出现不同程度的裂缝(最大裂缝宽度达到20 mm)、断板(断板率达到42%)、板角断裂、错台、接缝损坏等破坏。

1.3 路面结构组合设计

设计采用“局部破碎后沥青混凝土路面结构方案”,根据既有路面实际情况,按照相关设计规范,拟定以下结构组合设计(和本文不相关设计组合已省略)。

1.3.1 A型路面结构

适用于既有水泥混凝土面板断板严重但路基沉降变形较轻微的路段(沉降量小于或等于3 cm);采用碎石化工艺对既有断裂水泥混凝土面板进行破碎,并碾压密实(碾压后进行弯沉测定,当实测弯沉不大于46.6(0.01 mm)时,可采用该路面结构形式;否则应采用B型路面方案)作为底基层,结构组合见图1。

1.3.2 B型路面结构

适用于既有水泥混凝土面板断板严重但路基沉降变形较轻微的路段(沉降量大于3 cm),挖除变形的路面结构及路基,对路基进行换填处理,再铺筑25 cm厚C40混凝土面板,结构组合见图2。

2 碎石化工艺

参照DB 51/T 2430-2017《旧水泥混凝土路面共振碎石化技术规范》,可按如下要求进行。

2.1 技术要求

碎石化要把75%的混凝土路面破碎成表面最大尺寸不超过7.5 cm,中间不超过22.5 cm,底部不超过37.5 cm的粒径。碎石化水泥混凝土顶面弯沉不大于46.6(0.01 mm)。

2.2 碎石化前准备工作

隐藏构造物的调查与标记:碎石化施工前,应结合图纸及建设单位提供的有关隐藏构造物如:暗涵、地下管线等情况进行详细调查,以确定破碎是否会对这些构造物造成损坏。通常,构造物埋深1 m以下的不会由于破碎带来损坏,不满足以上条件的应会同设计、监理、建设等单位采取可行的保护措施或其它方案。

设备:带破碎锤挖掘机、重型钢轮振动压路机、洒水车等。

在碎石化前应清除水泥混凝土路面上的沥青修补材料,因为这些材料的存在会影响到破碎、碾压效果。碎石化后的路面在没有完成水泥稳定碎石层铺筑之前不允许开放交通,防止带走碎石化后的颗粒。

碎石化层有大于10×10 cm的凹地,应用密级配碎石料回填并碾压密实。同时应清除水泥面板内的钢筋。破碎一个车道的过程中实际破碎宽度应超过一个车道,与相邻车道搭接宽度不少于15 cm。为保护路面破碎段两侧的水沟或硬路肩不受破碎振动的影响,减少水沟或路肩修复工程量,并保证对其加高、加固后的整体稳定性,在路面破碎段的行车道边缘,建议各留0.5 m安全带不进行破碎。

2.3 试验路段

碎石化施工前应选择具有代表性的旧水泥混凝土路面路段作為试验路段,长度不小于50 m(本项目受连续处治长度限制,试验段长度较短,其它项目具备条件的应按照规范或设计要求设置),宽度为单个路幅。根据碎石化前调查的路面损坏情况、路面厚度、路面混凝土抗压强度等,通过试验段使操作手熟练掌握挖掘机破碎锤头破碎混凝土板的程度、碎石化层粒径大小分布、行进速度等工艺参数。

破碎过程中应通过开挖试坑检查混凝土板的破碎状况,及时反馈给挖掘机操作手和现场技术员调整操作,以保证破碎质量达到技术要求。

2.4 碎石化层的碾压

碾压应分为初压、复压、终压3个阶段,采用重型钢轮压路机由边向中、由低向高进行,碾压时应重叠1/2轮宽。初压时静压2遍,速度1.5 km/h,复压时振动压实4遍,速度2.0 km/h,终压静压2遍,速度2.0 km/h。碾压时碎石化层应有4%~8%的含水率,有利于碎石化层碾压密实,形成嵌锁结构。

2.5 检测

碾压完成后,采用贝克曼梁法检测碎石化层弯沉值。对于达不到设计要求的路段,应采取相应措施进行处治,如路基承载力达不到要求,则处理路基。

2.6 工艺流程

施工前准备—试验段施工—掌握施工技术参数—碎石化施工—碎石化层整备—碾压—质量验收。

3 可行性分析

水泥混凝土路面碎石化技术是将水泥混凝土路面的面板,通过专用设备一次性破碎为碎块性结构,因破碎后其颗粒粒径小,力学模式更趋向于级配碎石,因而将其命名为碎石化。专用设备主要是MHB多锤头破碎机和RM共振型破碎机。不管是采用专用设备破碎还是采用普通挖掘机带锤头破碎,都能将水泥混凝土路面破碎,以达到规定的粒径分层要求,从而实现强度。在本项目中,水泥混凝土路面采用挖掘机带锤头破碎,过程中严格按照碎石化工艺施工,碾压成型后经试验检测,回弹弯沉值均超过设计要求值,证明设备代替方案是可行的。经过一年时间的车辆通行,本项目所有经碎石化处治的路段和其它路段一样,沥青路面没有出现反射裂缝,也没有出现明显车辙,证明实际处置效果达到设计要求。

4 经济性分析

4.1 碎石化处置工艺单价

由于只需要将旧水泥混凝土路面破碎并碾压密实,工序简单。碎石化处置工艺造价如表2。

4.2 拆除旧水泥混凝土路面再恢复水泥面板处治工艺单价

如采用拆除旧水泥混凝土路面后再恢复水泥面板的处治工艺,处治造价如表3拆除水泥混凝土路面后恢复水泥混凝土面板控制价表。

4.3 造价对比分析

以上2种处治工艺均为本项目处治工艺,各项综合单价均为本项目招标控制价。为方便计算,处治工程量均设定为100 m2,通过上表对比可知,碎石化处置工艺控制价为4 400元,拆除旧水泥混凝土路面再恢复水泥面板处治工艺控制价为17 491.50元,碎石化处置工艺造价优势明显,经济性好。

5 结束语

在中小型水泥混凝土路面改造工程中,由于投资控制,碎石化处治路段占比较低或只是点、状带分布的路段,采用专用设备成本高昂。普通挖掘机带锤头破碎虽工作效率远远不如MHB多锤头破碎机,但只要保证破碎层质量达到工艺要求,是可以采用普通挖掘机带锤头破碎来代替MHB多锤头破碎机的。

旧水泥混凝土路面碎石化工艺方案相较于拆除水泥混凝土路面后恢复水泥混凝土面板方案,成本大大降低,经济性显著,在满足适用条件的前提下,在中小型水泥混凝土路面改造工程中是可以优先考虑采用的。

参考文献

[1] 王松根,张玉宏,黄晓明,等.旧水泥混凝土路面碎石化技术应用指南[M].北京:人民交通出版社,2007.

[2] 齐伟,邱业绩,李艳,等.水泥路面再生技术研究综述[J].公路交通科技(应用技术版),2019(5):19-21.

[3] 董元帅,朱洪洲.旧水泥混凝土路面碎石化改造技术[J].重庆交通大学学报(自然科学版),2008,27(B11):920-923.

[4] 熊帆,黄晓明,贾栋,等.碎石化技术在水泥混凝土老路改建中的应用[J].公路交通科技,2004(6):52-54.

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