多锤头碎石化技术在旧水泥混凝土路面改造中的应用.pdf

总653期2023年第23期（8月 中）收稿日期：2023-01-16作者简介：陈果（1986），男，湖北赤壁人，工程师，研究方向为道路检测。多锤头碎石化技术在旧水泥混凝土路面改造中的应用陈果（长沙理工检测咨询有限责任公司，湖南 长沙 410004）摘要：为提高旧水泥混凝土路面的路用性能，结合湖南省道项目实例，分析了目前国内常用的水泥路面改造方式，探讨了多锤头碎石化技术的特点，并通过工程实例对其施工工艺及质量控制措施进行了阐述。试验路段结果表明，采用多锤头碎石化技术破碎后的水泥路面顶层、上部1/2、下部1/2粒径结果实测值均符合设计要求。关键词：多锤头碎石化；水泥路面；施工工艺；碎石粒径中图分类号：U416.2文献标识码：A0 引言近年来，水泥混凝土路面因具有一定的优点而被广泛应用在国道、省道中，但随着交通量的日益增大，重载汽车比重增加，不少水泥路面在温度、湿度和车辆荷载的多重作用下逐渐出现破损，路面弊端和缺陷逐渐暴露出来，错台、唧泥、脱空、拱起、露骨等病害层出不穷，使水泥混凝土路面平整度、承载能力、美观性变差，影响了道路使用性能和城市形象1。因此，有必要对已损坏水泥路面进行修复。本文将结合某省道水泥混凝土路面现状，对多锤头碎石化技术在旧水泥混凝土路面施工改造中的应用进行研究，以期为同类工程项目提供参考。1 工程概况湖南省邵东市某省道于20112012年改造为水泥混凝土路面通车以来，在当地经济快速发展的背景下，重载车辆、超重载车辆比例不断提升，同时由于当地降雨量偏多，路面水损坏情况十分严重，急需对原水泥路面进行施工改造。早期道路设计资料表明，现路面结构为：20 cm水稳碎石基层+沥青封层+26 cm C35水泥混凝土面板，设计速度为60 km/h，采用双车道形式，其中路基宽度15.0 m，路面宽14 m，具体断面划分为：0.5 m 土路肩+3.5 m 硬路肩+23.5 m 行车道+3.5 m硬路肩+0.5 m土路肩；行车道路拱横坡为2%。2 路面改造方式及加铺方案2.1 路面改造方式水泥混凝土路面长期在车辆荷载和外界环境温度影响下，其路用性能会逐年衰退，为了恢复道路路用性能，通常采用的改造措施主要有更换水泥板、加铺沥青层等方式。更换水泥板的改造方式因水泥路面紧密相连，接缝中设置传力杆，直接进行板块更换的操作难度较大，耗费人力物力较高，改造后效果不符合预期要求。加铺沥青层的方式能快速修复路面，且施工周期短2，因而已成为我国旧水泥混凝土改造设计的主要方式。2.2 加铺方案选择结合该项目全线交通量和轴载情况，路面结构设计依据交通量、道路等级、交通组成等基础资料，考虑沿线气候、水文、地质及筑路材料分布情况，本着因地制宜、合理选材、方便施工及积极采用新技术、新工艺的原则，提出旧路病害处治+多锤头碎石化+17 cm 4.5%水泥稳定碎石基层+18 cm 5%水泥稳定碎石+透层+A-70#沥青同步碎石封层+5 cm AC-20C沥青混凝土下面层+乳化沥青黏层4 cm AC-13C改性沥青混凝土上面层改造方式。该方案的优点是采取挖除重建的方式和碎石化技术，加铺后能从根本上解决白改黑路面的反射裂缝问题，采取分段设计的方案可有效降低工程造价，减少环境污染。3 多锤头碎石化技术施工工艺3.1 施工准备工作路面破碎是沥青混合料加铺前最重要的施工步骤。首先需要采用专用机械设备对原路面全线水泥板进行破碎处理并控制碎石粒径。破碎后的水泥路面受温度、湿度影响较小，能够显著降低反射裂缝发生概率。然后，对碎石进行压实处理，压实后的碎石刚度介于刚性和柔性材料之间，可有效缓解反射裂缝的产生。64交通世界TRANSPOWORLD3.2 多锤头碎石化施工流程多锤头碎石化施工流程为：确定试验路段检验破碎坑确定旧水泥路面各项指标水泥板破碎施工碎石稳压铺筑沥青混凝土面层。由于该路段路线总长度达8.256 km，在进行正式施工前需通过试验路段确定各机械设备参数，保证正式施工后破碎的水泥板碎石粒径和强度满足要求。试验路段破碎前，首先对旧混凝土板上的罩面层等结构进行清除，对路面地下管道、电缆线进行标识。破碎开始后，针对出现裂缝、断板等损坏程度较轻且无基层沉陷的水泥板，可以直接采用多锤头破碎机进行破碎。对存在明显错台、唧浆、板体沉陷病害的水泥板，原道路的基层和土基可能存在脱空情况，应当挖除水泥板，确定基层与土基情况，换填后再进行破碎施工4。项目针对旧水泥混凝土路面采用德工生产的PSJ400型多锤头破碎机进行破碎施工。项目选择K250+640K251+640共1 km作为试验路段进行施工。首先，在开始施工前对德工PSJ400多锤头破碎机进行安装与试运行，调整相关参数使破碎机进入正常运行状态。破碎开始后，从右幅开始施工，将1 km试验段分成10段，每段100 m，各段采用相同落锤高度，根据以往施工经验数据，落锤高度范围一般为0.81.2 m。破碎过程中，为了确定最佳落锤高度，详细记录不同落锤高度造成的破碎深度和粒径，路段全线破碎完毕后，整理测试数据，根据粒径最优结果选择以1.0 m落锤高度作为直接破碎路段的正式施工标准。对于试验路段存在错台、板体沉陷的部位，采取挖除水泥板的处理方式，然后通过二灰稳定碎石进行回填，破碎施工过程中结合实际情况对落锤高度进行调整，破碎过程中详细观察、记录破碎情况，确保路面达到破碎要求5。试验路段破碎完毕后，立即组织压路机对碎石进行压实施工，目的使碎石更加密实，提高强度。压实前对土基含水量进行检测，制定合理的压实方案，防止过度压实导致土基和底基层结构破坏。针对压实设备的选取应当采用单钢轮Z型振动压路机，该类型压路机能够对已破碎完成的路表碎石进行补充破碎并加以压实，使路面充分整平，同时为了保证压实功率，应确保压实机械的质量不低于9 t。为了使下部碎石充分密实，振动压实过程中应当合理控制压实遍数和压实强度，既保证下部碎石得到充分压实，又不会对底基层和土基产生破坏。对土基含水率较大的区域，应结合实际情况进行碾压，避免发生土基沉陷情况。3.3 施工质量控制多锤头碎石化施工质量控制措施应综合考虑破碎机械指标参数、破碎后的粒径及路面顶面当量回弹模量。碎石化设备控制参数见表1。表1 试验路段确定的碎石化设备控制参数值水泥混凝土强度等级落锤高度/m锤迹间距/cm水泥混凝土路面强度高强度32.51.391342.51.3711一般强度32.51.291342.51.1711较低强度32.51.191342.51.17111）破碎机械的指标控制碎石化设备和控制参数是影响路面破碎结果至关重要的因素。MHB水泥混凝土板破碎机的两个主要控制指标分别是落锤高度和锤迹间距，在破碎正式施工前，应分析原路面水泥等级，据此合理选择落锤高度和锤迹间距，否则施工过程中会影响落锤的冲击力大小和破碎密度。2）破碎后的粒径破碎后碎石的粒径直接影响道路使用质量和寿命，合理粒径的碎石既能够保证路面结构稳定，还能有效消除反射裂缝。研究表明，破碎的水泥板不同厚度处对碎石粒径具有不同要求。从能量吸收的角度来看，水泥混凝土板可以分为3个部分：板块顶面、板块上部1/2厚度和板块下部1/2厚度。对于板块顶面，在破碎施工过程中为了使表面平整，粒径范围应当小于7.5 cm；对于板块上部1/2厚度处，在道路面层破碎过程中，由于落锤破碎板块时使其体积增加，产生一定的预压应力，因此破碎过程中粒径越大，摩擦角越大，越有利于增加碎石层上部的预压应力，但为了保证结构稳定，仍应控制粒度范围在22.5 cm内；对于板块下部1/2处，该层位结构的旧水泥板处于破而不碎的状态，施工后该层位碎石粒径最大，大粒径碎石可以通过相互嵌挤咬合形成稳定结构，且在外力作用下不受破坏。相互咬合的结构特点能够将纵向压力转变为水平推力，确保路面受到的外部荷载进行传递与扩散，具有静定性，破而不碎的状态能够使该层位结构、强度和稳定性保持良好。3）破碎后路面顶面的当量回弹模量经过破碎后的旧水泥混凝土路面可以充当新建道路的基层或底基层，为了保证道路结构强度和稳定性，应保证其回弹模量平均值在150500 MPa。此外，对于路面平整度、纵断面高程和横坡等指标均需要进行严格控制，使其符合标准要求。施工质量标准和检测频率见表2。表2 施工质量标准及检测频率顶面粒径上部粒径/cm7.522.580%80%钢尺，20m一处钢尺，50m一处指标项目技术要求保证率检测工具和方法65总653期2023年第23期（8月 中）下部粒径/cm顶面当量回弹模量/MPa路面平整度/cm纵断面高程/cm横坡度（%）37.515050033480%80%80%80%80%刚尺，50m一处落锤式弯沉仪（FWD），50m一处3m直尺，200m两处自动安平仪，100m一处自动安平仪，100m一处表2（续）指标项目技术要求保证率检测工具和方法4 试验路段性能检验为检验破碎后的水泥路面各碎石粒径是否达到设计尺寸要求，在 K250+640K251+640试验路段非横、纵缝位置开挖两个1 m2试坑。为保证碎石尺寸检测的准确性，试坑选择的位置不宜过近，应当间隔一定的距离。按照从路面顶部至基层的顺序进行试坑开挖，以检测全深度范围内的碎石粒径是否满足设计使用要求。若试坑内碎石粒径不满足设计要求，则需要对破碎设备参数重新进行调整，重新破碎并检测，直至碎石尺寸满足要求。破碎检测结果见表3。表3 破碎后碎石尺寸检测结果K250+700K251+200K251+700K252+200K252+700K253+200K259+500K260+000K260+500K261+000K261+5007.57.57.57.57.57.57.57.57.57.57.57.57.16.06.56.46.57.26.46.67.17.222.522.522.522.522.522.522.522.522.522.522.521.722.721.521.622.321.521.022.022.322.522.437.537.537.537.537.537.537.537.537.537.537.532.835.433.333.433.233.633.432.033.234.434.9检测位置顶层设计值/cm实测值/cm上部1/2设计值/cm实测值/cm下部1/2设计值/cm实测值/cmK262+000K262+500K263+000K263+500K264+000K264+5007.57.57.57.57.57.56.37.57.46.67.56.522.522.522.522.522.522.521.322.622.321.221.022.137.537.537.537.537.537.534.232.332.333.932.533.0表3（续）检测位置顶层设计值/cm实测值/cm上部1/2设计值/cm实测值/cm下部1/2设计值/cm实测值/cm对破碎后水泥路面顶层、上部1/2、下部1/2的粒径进行检测，其结果表明各层粒径实测值均符合设计要求，表明在该路段采用多锤头碎石化技术破碎后，道路施工质量良好，可以进行后续施工。5 结束语本文结合湖南邵东省道工程实例，对多锤头碎石化技术在水泥混凝土路面中的应用进行了研究，探讨了多锤头碎石化技术的优点和适用情况，介绍了多锤头碎石化技术的施工工艺和质量控制措施。粒径检测结果表明，多锤头碎石化技术在施工后粒径效果符合设计要求，道路施工质量良好。参考文献：1 彭自强，李辉，徐一心，等.城市旧水泥混凝土路面加铺沥青面层裂缝病害研究J.华中科技大学学报（城市科学版），2010，27（2）：40-43.2 何伟南，陈海峰，周杰，等.碎石化水泥混凝土路面加铺半柔性材料结构设计研究J.公路，2020，65（2）：45-49.3 王国利.水泥路面加铺沥青面层施工技术研究J.四川建材，2021，47（5）：150-151.4 王建.旧水泥路面改造沥青加铺层性能试验与施工技术研究D.长春：吉林大学，2010.（上接第63页）7 苗英豪，黄尚洪，王苏娣，等.液体改性低温煤沥青透层油性能研究J.中外公路，2019，39（2）：240-244.8 武建民，杜本发，权勤展.水泥稳定碎石基层环保型高性能透层油的研发J.公路，2018，63（7）：283-289.9 杨峰，薛冰，李文凯.水稳基层透层施工渗透深度及层间粘结性能研究J.公路与汽运，2017（6）：91-94.66