舊水泥混凝土路面?zhèn)鹘y(tǒng)改造技術(shù)與就地再生利用技術(shù)

唐 梟

廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 廣東 廣州 510000

正文：

1 概述

在我國(guó)早期的道路建設(shè)工程中，水泥混凝土路面憑借其強(qiáng)度高、擴(kuò)散荷載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。自改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)經(jīng)過(guò)了幾十年經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期，大量經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)及城市群體的涌現(xiàn)，日益完善的交通路網(wǎng)，加強(qiáng)了各地區(qū)之間的聯(lián)系，方便了人們的出行，人民的生活變得充裕，家庭汽車擁有量大幅增長(zhǎng)，交通量也急劇增大，尤其是超重超限車輛的增多，上世紀(jì)修建的水泥混凝土路面，多數(shù)已開(kāi)始出現(xiàn)不同程度斷板、錯(cuò)板、裂縫等結(jié)構(gòu)性破壞，傳統(tǒng)的修補(bǔ)處理，往往投入大、成效小，存在環(huán)境影響、交通干擾、工效低、經(jīng)濟(jì)性差和社會(huì)影響大等問(wèn)題。本文融合品質(zhì)提升、綜合節(jié)約、環(huán)保利用等理念，從傳統(tǒng)修補(bǔ)改造及就地再生利用技術(shù)兩方面對(duì)舊水泥混凝土路面改造方案進(jìn)行了對(duì)比分析，可為以后的城市道路改造工程提供參考依據(jù)。

2 傳統(tǒng)改造技術(shù)

2.1 局部挖除補(bǔ)強(qiáng)

該方法主要是針對(duì)部分水泥板斷裂而采用的補(bǔ)救措施，通常是采用人工鑿除或機(jī)械將破損的水泥板挖除，處理基層后，重新鋪筑水泥面板。其特點(diǎn)是改造較為徹底，但對(duì)交通干擾大、養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng)、工效低、環(huán)境污染大、造價(jià)高。適用局部修理，整體效果差、壽命短。

2.2 直接罩面法

瀝青路面具有抗滑性能好、路容美觀、平整性好、舒適度高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)能夠降低車輛在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的噪音，能有效減少行車揚(yáng)塵，有利于保護(hù)城市環(huán)境質(zhì)量，因此越來(lái)越多的城市對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行了黑色化提質(zhì)改造。

瀝青罩面通常稱為“白加黑”，它是將原有水泥路面經(jīng)過(guò)局部處理（縱、橫縫封填、沉陷、錯(cuò)臺(tái)等處理）作為基層，噴灑粘層油后直接加鋪瀝青混凝土上面層。特點(diǎn)是加鋪速度快，基層強(qiáng)度高，整體效果好。缺點(diǎn)是對(duì)加鋪層要求較高，裂縫反射快，使用壽命短，一般2～3年即發(fā)生病害。

2.3 破碎后集料再生

破碎后集料再生分為路面破碎回收和集料加工再生兩個(gè)部分，采用的機(jī)械主要是破碎機(jī)和篩分機(jī)。此種方法首先利用機(jī)械將舊水泥混凝土路面破除、鏟起、裝運(yùn)至集料處理地點(diǎn)，清理粘附在水泥混凝土碎塊上的基層材料和泥土后，采用顎式破碎機(jī)將水泥混凝土塊進(jìn)行二級(jí)破碎，最后根據(jù)集料粒徑的要求安裝雙篩網(wǎng)篩分機(jī)，對(duì)粒徑小于76mm的再生集料進(jìn)行過(guò)篩分級(jí)。再生的粗細(xì)集料加穩(wěn)定料拌和后可用于修筑基層、底基層；加水泥、化學(xué)外加劑或?yàn)r青等后可用作路面面層。

3 就地再生利用改造技術(shù)

3.1 就地發(fā)裂再生技術(shù)

3.1.1 沖擊壓實(shí)（IC）

沖擊壓實(shí)技術(shù)是采用非圓多邊形鋼制壓實(shí)輪壓路機(jī)，在牽引驅(qū)動(dòng)力的作用下，使壓實(shí)輪周期性的對(duì)路面進(jìn)行沖擊夯實(shí)，進(jìn)而對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行破碎、夯實(shí)穩(wěn)固后作為底基層，為新加鋪層提供密實(shí)、均勻、穩(wěn)固的支撐體系。

1995年我國(guó)首次從南非引進(jìn)了藍(lán)派沖擊壓實(shí)設(shè)備，進(jìn)行舊水泥混凝土路面的維修處理，主要是利用機(jī)械的動(dòng)力沖擊及壓實(shí)輪的勢(shì)能沖擊力，在對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行快速碎裂的同時(shí)，將破裂板或碎塊穩(wěn)固到舊基層或土基上。舊水泥混凝土板沖壓后可保持破裂板塊間的嵌鎖作用，并消除脫空板的豎向位移，能最大化發(fā)揮舊板的殘余承載能力，對(duì)舊板底的基層及土基起到補(bǔ)壓作用，能夠提高路基強(qiáng)度、穩(wěn)定性和均勻性，防止不均勻沉陷而造成的路面破壞。

但其缺點(diǎn)也較為明顯，因?yàn)闆_擊壓路機(jī)是通過(guò)三邊形或五邊形勢(shì)能沖擊和動(dòng)力沖擊，將水泥板塊打裂，其破碎效果與行駛速度、破碎遍數(shù)有較大關(guān)系，且對(duì)周邊的結(jié)構(gòu)物有較大的影響，因此在施工前，應(yīng)著重做好沿線各種構(gòu)造物的調(diào)查與防護(hù)。

3.1.2 打裂壓穩(wěn)（CS）

打裂壓穩(wěn)技術(shù)同樣是利用重力勢(shì)能對(duì)舊路面進(jìn)行沖擊破裂，也是國(guó)外常用的一種破碎設(shè)備，其特點(diǎn)是利用門板式破碎錘的起升下落，將巨大的沖擊力作用于路面，使舊水泥板塊發(fā)生斷裂，以達(dá)到破碎的目的。

其可以通過(guò)調(diào)節(jié)破碎錘的抬升高度來(lái)得到不同的沖擊力，并且可以通過(guò)調(diào)整行駛速度來(lái)控制落錘間距以獲得合適的破碎板塊，通常是每隔40～60cm進(jìn)行橫向打裂，使水泥路面產(chǎn)生緊密的微裂紋，減小混凝土板塊的平面尺寸，使板塊之問(wèn)形成互相嵌鎖結(jié)構(gòu)。在確定了合適的打裂參數(shù)后，采用膠輪壓路機(jī)對(duì)破裂板塊進(jìn)行壓實(shí)，脫空的破裂板塊由于支撐較弱進(jìn)一步發(fā)生斷裂，與舊基層密貼在一起形成更加穩(wěn)固的支撐體系，從而延緩加鋪層反射裂縫的出現(xiàn)。一般門板式破碎機(jī)的破碎寬度是1500～1800mm，打裂要求75%以上的路面不規(guī)則開(kāi)裂，相鄰裂縫形成0.3～0.6m2的塊狀。

3.1.3 挖掘機(jī)炮頭

觀察兩組治療依從性、血糖水平以及護(hù)理滿意度。（1）治療依從性采用調(diào)查問(wèn)卷形式統(tǒng)計(jì)，主要包括用藥依從、飲食依從、運(yùn)動(dòng)依從及自我監(jiān)測(cè)依從。每項(xiàng)滿分為100分，分?jǐn)?shù)越高，依從性越好。（2）血糖水平包括空腹血糖水平及餐后2 h血糖水平。（3）護(hù)理滿意度采用本院自制調(diào)查問(wèn)卷形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分為非常滿意、滿意與不滿意三種，護(hù)理總滿意度＝（非常滿意例數(shù)＋滿意例數(shù)）/總例數(shù)×100%。

由于施工方便、快捷等原因，在部分城市道路改造工程案例中有采用此類方法，把挖掘機(jī)的料斗換成炮頭，采用炮頭在水泥路面上打坑，通常間距為0.5m 的梅花狀大坑，打裂后需要采用壓路機(jī)進(jìn)行碾壓；此種方法的特點(diǎn)是坑洞較大、較深，處理后表面強(qiáng)度均勻性差，在打裂過(guò)程中，若舊板碎塊間裂縫寬度過(guò)大，則板塊松動(dòng)不能形成嵌擠結(jié)構(gòu)，通過(guò)碎石或石屑填補(bǔ)后只能作為底基層使用，且還必須得通過(guò)加鋪水泥穩(wěn)定基層來(lái)彌補(bǔ)該缺陷。因此該項(xiàng)技術(shù)對(duì)施工機(jī)械操控人員的要求較高，不易控制施工質(zhì)量。

3.2 就地破碎再生技術(shù)

即碎石化再生利用技術(shù)，該技術(shù)起源于20世紀(jì)末的美國(guó)，最開(kāi)始作為分離路面中的鋼筋而使用，是通過(guò)專用設(shè)備將水泥混凝土路面一次性破碎為碎塊柔性結(jié)構(gòu)，之后作為舊水泥路面改造技術(shù)被提出，并得到逐步推廣應(yīng)用。根據(jù)彈性層狀體系理論，路面結(jié)構(gòu)層的彈性模量必須要上強(qiáng)下弱 ，方可避免反射裂縫的產(chǎn)生。水泥砼的彈性模量要大于瀝青路面，因此在加鋪瀝青面層前，需要將原來(lái)的水泥路面碎化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝越Y(jié)構(gòu)層，以此來(lái)消除集中應(yīng)力，達(dá)到防止反射裂縫的目的。

3.2.1 多錘頭破碎機(jī)（MHB）

多錘頭破碎設(shè)備，是利用設(shè)備自帶得多個(gè)重錘的重力下落來(lái)對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行錘擊破碎，并配合“Z”字形花紋壓路機(jī)對(duì)破碎后的路面進(jìn)行震動(dòng)壓實(shí)。

①工作原理：

通過(guò)利用多個(gè)錘頭的自重交叉起落來(lái)對(duì)水泥路面進(jìn)行沖擊，也是通過(guò)重錘的下落時(shí)的重力勢(shì)能來(lái)對(duì)水泥路面產(chǎn)生瞬時(shí)、點(diǎn)狀的物理沖擊作用。在錘頭的提升過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)使錘頭產(chǎn)生勢(shì)能，在錘頭下落的過(guò)程中，勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能對(duì)路面產(chǎn)生沖擊作用使原面板破碎。多錘頭破碎機(jī)與門板式破碎機(jī)具有相似之處，但其克服了門板式單一性的缺點(diǎn)，其多個(gè)錘頭可以自由調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)不同的破碎寬度。且其破碎作用點(diǎn)分布均勻且密集，對(duì)舊路面板的錘擊作用一次性完成。

②特點(diǎn)：

MHB破碎能量能傳遞到較大的深度，離重錘作用位置較遠(yuǎn)處吸收的能量占總能量的比例相對(duì)較小，產(chǎn)生的顆粒較大（上小下大、裂而不碎）。通過(guò)調(diào)節(jié)重錘下落高度、錘擊頻率和機(jī)械行走速度可以使原水泥混凝土路面板破碎后的顆粒粒徑分布更合理。

3.2.2 共振碎石機(jī)（RMI）

共振式（單錘）破碎機(jī)是利用振動(dòng)梁帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng)，錘頭與路面接觸，通過(guò)調(diào)節(jié)錘頭的振動(dòng)頻率，使其接近水泥面板的固有頻率，激發(fā)其共振，將水泥混凝土面板擊碎。

①工作原理：

其原理是錘頭與路面撞擊產(chǎn)生共振使混凝土加速破碎。破碎機(jī)械由凸輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的偏心力使振動(dòng)粱帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng)，一般頻率約為42～46Hz、振幅為20mm。這種高頻低幅的振動(dòng)能量大部分被水泥混凝土板吸收，從而造成水泥混凝土的解體碎裂。

②特點(diǎn)：

假如混凝土破碎后能保持最大的模量和最大分散表面負(fù)荷的能力，那么，當(dāng)路面的完整性被破壞后，繁重的交通負(fù)荷就不會(huì)引起路面反射，造成瀝青罩面出現(xiàn)裂紋。要獲得最大模量，要求混凝土沿其剪切面破裂，即成45°角斜向的嵌鎖結(jié)構(gòu)，共振碎石化恰能滿足此要求。由于共振破碎沖擊力很小，不同于物理沖擊，這種高頻低幅共振產(chǎn)生的裂紋在穿透水泥混凝土面板時(shí)就消散了，既不會(huì)損壞原有的路面基層，也不會(huì)對(duì)現(xiàn)狀的地下管線造成影響。隨著路面結(jié)構(gòu)深度的增加，振動(dòng)能量逐漸減弱，因此，路面的破碎程度也呈上細(xì)下粗形態(tài)，水泥混凝土碎塊的最大粒徑可控制在200mm，經(jīng)壓實(shí)后可形成穩(wěn)定的基層。

3.2.3 適用條件

由此可見(jiàn)，碎化的目的就是通過(guò)破碎，將水泥砼由剛性層轉(zhuǎn)化為柔性層，在損失原混凝土面板一定整體強(qiáng)度的條件下，消除了混凝土板內(nèi)部的應(yīng)力集中，起到了防止反射裂縫發(fā)生的作用。但并非一經(jīng)破碎就是合格的柔性基層。如果粒石尺寸太大，或者大小不均，反射裂紋仍然會(huì)產(chǎn)生；如果破碎的尺寸過(guò)小，或者相互沒(méi)有嵌鎖，整個(gè)破碎后的水泥砼層就會(huì)因缺乏強(qiáng)度而失效。因此碎石化施工要做的事情就是尋求結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與防止反射裂縫結(jié)合的最佳粒徑區(qū)域。

實(shí)踐證明，最佳碎石尺寸應(yīng)該在3～20cm間，既能確保無(wú)反射裂縫，又避免結(jié)構(gòu)失效。

綜上所述，碎石化方案的采用應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、資金情況、舊路條件等方面綜合考慮；當(dāng)舊水泥路面滿足以下條件時(shí)，即可考慮采用碎石化再生技術(shù)：

a.水泥路面板塊裂縫、唧漿、錯(cuò)臺(tái)和角隅損壞率等達(dá)到路面總接縫長(zhǎng)度的20%以上；

b.板塊出現(xiàn)開(kāi)裂或下沉，需要修補(bǔ)的面積達(dá)到路面總面積的15～20%；

c. 路面平整度平均每公里雙向隨機(jī)檢測(cè)100m，其平均值大于1.2mm的路段；

d.舊水泥路面基層與面層總厚度需滿足33cm以上；

e. 路基CBR值大于5%。

4 技術(shù)對(duì)比

表1 各類改造方案的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)因其具有耐高溫、耐磨耗、強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。目前，我國(guó)的水泥混凝土路面總里程已經(jīng)達(dá)到了約200萬(wàn)公里，高居世界首位，且隨著交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展，水泥混凝土路面所占的比例還有增加的趨勢(shì)。

我國(guó)自引進(jìn)碎石化技術(shù)以來(lái)，經(jīng)過(guò)不斷的學(xué)習(xí)與探索，已經(jīng)初步形成了一套較為系統(tǒng)的碎石化施工工藝，且已在多地的建設(shè)工程中得到了實(shí)際應(yīng)用，與其他改造工藝相比，該技術(shù)出現(xiàn)的強(qiáng)度偏差較小，水泥路面的改造效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于其他設(shè)備。但由于我國(guó)的水泥路面就地再生利用技術(shù)的相關(guān)研究起步較晚，隨著經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)一步發(fā)展以及近年來(lái)中東局勢(shì)的持續(xù)動(dòng)亂，我國(guó)的瀝青缺口形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，在我國(guó)未來(lái)的交通系統(tǒng)中，水泥混凝土路面在仍舊會(huì)扮演重要角色。因此，做好對(duì)水泥混凝土路面的改造技術(shù)研究對(duì)提高我國(guó)的交通運(yùn)輸能力和道路水平具有非常重要的意義。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，深化相關(guān)研究，不斷探索和創(chuàng)新，以進(jìn)一步推廣完善碎石化再生利用技術(shù)。