碎石化技術(shù)在水泥路面養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用研究

胡曉娟

阿克蘇公路管理局拜城分局 新疆 阿克蘇 842300

1 引言

水泥混凝土路面作為一種強(qiáng)度高，壽命長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)維修方便的路面結(jié)構(gòu)被世界各國(guó)廣泛應(yīng)用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，車輛荷載不斷增加，導(dǎo)致水泥混凝土路面破壞越來(lái)越嚴(yán)重，同時(shí)傳統(tǒng)的維修方式周期較長(zhǎng)，降低了道路的通行能力?，F(xiàn)如今大多采用破碎技術(shù)對(duì)舊水泥混凝土路面板進(jìn)行破碎，主要有打裂壓穩(wěn)和碎石化，但傳統(tǒng)的打裂壓穩(wěn)技術(shù)對(duì)路面破碎不徹底，且破碎后粒徑不均勻，后期路面會(huì)出現(xiàn)各種病害，碎石化作為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外比較流行的一種水泥路面的破碎技術(shù)，具有一次破碎成型、破碎質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。本文詳述了碎石化工藝，依托實(shí)際工程，對(duì)破碎后的粒徑大小，水泥穩(wěn)定碎石加鋪層密實(shí)度及彎沉進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)水泥路面養(yǎng)護(hù)工程發(fā)展具有重要意義。

2 碎石化工藝

2.1 碎石化技術(shù)

碎石化技術(shù)一般包括單錘頭碎石化、多錘頭碎石化和共振碎石化三種，其原理及適用范圍如下。

（1）單錘頭碎石化技術(shù)

單錘頭破碎設(shè)備有一個(gè)錘頭，錘頭通過(guò)自由落體將自身的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能沖擊水泥混凝土板，形成上部破碎下部開(kāi)裂的結(jié)構(gòu)層。單錘頭碎石化技術(shù)一般用于水泥混凝土路面日常養(yǎng)護(hù)，對(duì)于局部斷裂板處理，如角隅處斷裂板、局部破碎板等面積較小的病害處理。該技術(shù)主要是將局部斷裂板破碎成頂面6cm厚，粒徑不超過(guò)7.5cm，中間層粒徑不超過(guò)22.5cm，底層粒徑不超過(guò)37.5cm的碎石[2]。

（2）多錘頭碎石化技術(shù)

通過(guò)多個(gè)錘頭的不斷下落對(duì)路面施加一定的沖擊力，沖擊力引起一點(diǎn)振動(dòng)，該點(diǎn)帶動(dòng)周圍點(diǎn)振動(dòng)，利用這種低頻高幅的振動(dòng)力對(duì)水泥混凝土路面板進(jìn)行破碎，其中振動(dòng)產(chǎn)生的能量會(huì)傳遞到更深的結(jié)構(gòu)層內(nèi)，并且這種能量由上到下逐層遞減，破碎粒徑大小會(huì)隨著深度范圍逐層增加，使整個(gè)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)形成一個(gè)不均勻的層次[3]。為此可以將碎石化后的結(jié)構(gòu)層分為三層：松散層、碎石化上部和碎石化下部，松散層可以通過(guò)壓路機(jī)碾壓密實(shí)。在進(jìn)行多錘頭碎石化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫，這些裂縫的存在會(huì)增大空隙率，碎石化結(jié)束后，在經(jīng)過(guò)碾壓的作用下，碎石顆粒會(huì)經(jīng)歷一個(gè)自我調(diào)整的過(guò)程，在這個(gè)調(diào)整過(guò)程中顆粒之間會(huì)達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡、嵌擠穩(wěn)固的狀態(tài)。

（3）共振碎石化技術(shù)

共振碎石化的主要特點(diǎn)是通過(guò)振動(dòng)梁將發(fā)動(dòng)機(jī)功率直接作用到錘頭上，使其發(fā)出振動(dòng)，一般還可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整振動(dòng)頻率，使其與水泥路面板的固有頻率一致，這樣能夠使錘頭與路面下部結(jié)構(gòu)保持共振，通過(guò)水泥混凝土結(jié)構(gòu)之間的摩擦來(lái)將結(jié)構(gòu)破壞。若破碎后粒徑尺寸過(guò)大會(huì)造成應(yīng)力集中的現(xiàn)象，其上加鋪面層后會(huì)產(chǎn)生反射裂縫；若粒徑尺寸過(guò)小會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度不足，不能滿足路面承載力要求[4]。

2.2 碎石化施工工藝流程

碎石化施工流程如圖1所示。

圖1 碎石化施工工藝流程

3 工程實(shí)踐

3.1 工程概況

某段水泥混凝土路面，原路基寬20m，每側(cè)路肩寬2.5m，路拱橫坡度1.5%，路肩橫坡與路面一致。選取其中K20+400-K20+600作為試驗(yàn)段，前期路面調(diào)查發(fā)現(xiàn)此試驗(yàn)段存在大量橫縱向裂縫、板角斷裂、破碎版和磨耗層脫落等病害，亟需進(jìn)行路面養(yǎng)護(hù)升級(jí)，改造方案采用多錘頭碎石化技術(shù)對(duì)該試驗(yàn)段的水泥混凝土路面進(jìn)行破碎處理，其上再加鋪水泥穩(wěn)定碎石層、瀝青面層。

3.2 多錘頭碎石化技術(shù)的特點(diǎn)

（1）對(duì)舊水泥路面可避免多次破碎

多錘頭碎石化設(shè)備通過(guò)低頻高幅振動(dòng)將路面板破碎，以單點(diǎn)振動(dòng)帶動(dòng)周圍臨近點(diǎn)的振動(dòng)達(dá)到對(duì)水泥混凝土路面板整體破碎的目的，其破碎效果明顯，而且可以通過(guò)調(diào)節(jié)落錘高度對(duì)特定厚度的水泥混凝土路面進(jìn)行一次破碎，避免多次破碎降低碎石顆粒的模量。

（2）落錘做功的功率可以方便調(diào)節(jié)

多錘頭碎石化技術(shù)破碎后的粒徑一般較大，類似于級(jí)配碎石，其上加鋪面層后的強(qiáng)度和穩(wěn)定性優(yōu)于級(jí)配碎石層。多錘頭碎石化設(shè)備通過(guò)落錘下落高度、錘擊頻率和設(shè)備行走速度控制碎石化后結(jié)構(gòu)層顆粒的分布特性，在實(shí)際的施工過(guò)程中，這三項(xiàng)指標(biāo)的影響最終表現(xiàn)在落錘點(diǎn)的間隔上。因此，可以調(diào)節(jié)落錘下落高度、錘擊頻率和行走速度以控制落錘點(diǎn)的間隔和破碎后粒徑大小。

（3）破碎后顆粒組成特性較好

不同的破碎技術(shù)，其作用原理及破碎效果有很大的差異，采用多錘頭碎石化技術(shù)對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行破碎，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于其他的破碎設(shè)備更容易產(chǎn)生粒徑較大的顆粒，因此需要嚴(yán)格控制好破碎后顆粒粒徑的大小。

（4）破碎后表面的平整度

破碎后表面的平整度也是評(píng)價(jià)破碎效果的一個(gè)重要指標(biāo)，若破碎后表面凹凸不平，不僅會(huì)增加施工周期和成本，也會(huì)影響路面整體的穩(wěn)定性。

3.3 試驗(yàn)路檢測(cè)

（1）破碎后粒徑大小檢測(cè)

粒徑大小是評(píng)價(jià)碎石化效果的一個(gè)重要因素，根據(jù)規(guī)范要求的粒徑控制范圍如表1所示。

表1 碎石化后粒徑控制范圍

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該試驗(yàn)段表面層最大粒徑在7.5cm以下，中間層最大粒徑在16.0-21.0cm之間，下面層顆粒最大粒徑在20.0-40.0之間，基本滿足上表粒徑控制范圍要求。

（2）水泥穩(wěn)定碎石加鋪層密實(shí)度檢測(cè)

通常測(cè)定水泥穩(wěn)定碎石基層密實(shí)度的方法有灌沙法、水袋法和核子密度儀法。本文根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》（JTG E60-2008）中的規(guī)定采用灌沙法檢測(cè)水泥穩(wěn)定碎石基層干密度，進(jìn)而算出壓實(shí)度，在200m試驗(yàn)段上隨機(jī)選取6個(gè)測(cè)試地點(diǎn)，其檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

由上表數(shù)據(jù)分析可知，鉆芯取樣的坑深平均值為15.0cm，測(cè)得的水泥穩(wěn)定碎石基層壓實(shí)度均值為99.4%，符合規(guī)范要求的98%，表明水泥穩(wěn)定碎石基層的施工符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）各結(jié)構(gòu)層彎沉檢測(cè)

由于施工質(zhì)量受到環(huán)境、施工機(jī)械和施工工藝等多種因素影響，導(dǎo)致碎石化過(guò)程中不可能每一層結(jié)構(gòu)質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，彎沉檢測(cè)主要是為了檢測(cè)舊水泥混凝土路面碎石化及加鋪水泥穩(wěn)定碎石后各層的強(qiáng)度是否滿足要求。各層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)影響后期道路使用和通行能力，如果基層強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則在重載交通作用下很容易產(chǎn)生反射裂縫，因此需要對(duì)各層的強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3、4所示。

表3 碎石化底基層彎沉值檢測(cè)結(jié)果

表4 5%水泥穩(wěn)定碎石上基層彎沉檢測(cè)結(jié)果

由上表數(shù)據(jù)分析可知：

將200m試驗(yàn)段平均分成4段，對(duì)50m試驗(yàn)段碎石化后的底基層進(jìn)行彎沉檢測(cè)，其結(jié)果均在80以上，滿足設(shè)計(jì)要求。碎石化結(jié)束后經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè)、碾壓等工序后，其上加鋪一層5%的水泥穩(wěn)定碎石，通過(guò)對(duì)水泥穩(wěn)定碎石上基層彎沉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)彎沉值均大于設(shè)計(jì)要求值，也滿足要求。

經(jīng)上述分析可知，碎石化后的水泥混凝土顆粒尺寸滿足規(guī)范要求，同時(shí)各結(jié)構(gòu)層的彎沉也滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明此工藝可以在實(shí)際施工過(guò)程中可以很好的控制各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，且操作性好。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)碎石化技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用研究可以得到以下結(jié)論：

（1）碎石化技術(shù)通過(guò)對(duì)原水泥混凝土路面進(jìn)行破碎并以此基層，具有施工便捷、環(huán)境污染小的特點(diǎn)。

（2）本次研究所采用的是多錘頭碎石化施工技術(shù)，經(jīng)破碎后對(duì)粒徑大小及強(qiáng)度檢測(cè)發(fā)現(xiàn)路面強(qiáng)度比較均勻，各級(jí)粒徑之間嵌擠緊密，說(shuō)明采用多錘頭碎石化技術(shù)是可行的。