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水泥混凝土路面碎石化施工工艺

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2020年4月19日
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水泥混凝土路面碎石化施工工艺
水泥路面碎石化（Rubblization）是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。它的工艺原理是将水泥混凝土路面的面板，经过专用设备一次性破碎为碎块柔性结构，因破碎后其颗粒粒径小，力学模式更趋向于级配碎石，碎石化技术根据破碎原理和施工机械的不同，又分为两类：多锤头碎石化（MHB,Multi-Head Breasker）和共振碎石化法（RPB,Resonant Pavement Breaker）。下面根据多锤头碎石化施工原理，对水泥路面碎石化施工做简要介绍。
1 施工所需的机械设备
    多锤头碎石化（MHB,Multi-Head Breasker）， 它利用设备所带多个重锤的重力下落对水泥混凝土路面板进行锤击。MHB碎石化后要求采用Z形压路机碾压。这种压路机在使用MHB破碎后用于压实，它类似于一般的光轮压路机，只是在钢轮上加了斜向波纹状凸出条纹，这种条纹有以下两方面的作用：①保证轮下颗粒不至于向外挤出：②对表面颗粒有更好的压碎效果，有利于表面平整。
2 工艺流程图
    碎石化有四个目标：第一、保证旧路路基不被破坏；第二、保证旧水泥混凝土层颗粒尺寸均匀，并使整个破碎层颗粒分布均匀；第三、将旧水泥混凝土面板破碎到在接缝和裂缝处的位移不足以让沥青加铺层产生开裂，保证起到良好的防止反射裂缝作用；第四、保证碎石化道路处于良好的排水工况。碎石化施工工艺要围绕这四个目标而进行。
    使用MHB设备进行路面碎石化处理并加铺沥青路面结构的一般施工流程如下：

3  碎石化施工工艺
3.1 试验段 
    旧水泥混凝土路面破碎质量主要受破碎机械自身参数设置、破碎顺序、破碎施工方向以及不同基层强度、刚度条件对破碎机械调整要求等的影响，这些因素均对旧水泥混凝土路面的破碎程度、粒径大小排列、形成的破碎面方向、破碎深度等产生影响。因此，在正式的大规模破碎化施工前有必要进行试破碎，即设置试验段经过试验段的试破碎进行破碎机械参数的调试和施工组织措施，以达到规定的粒径和强度要求。
在有代表性的路段选择至少长50m、宽4m（或最少一个车道）的路面作为试验段。根据经验，一般取落锤高度为1.1～1.2m，落锤间距为10cm，逐级调整破碎参数对路面进行破碎，目测破碎效果，当碎石化后的路表呈鳞片状时，表明碎石化的效果能够满足规定的要求，记录此时采用的破碎参数。
3.2 试坑
    为了确保路面被破碎成规定的尺寸，在试验段内随机选取2个独立的位置分别开挖1m2的试坑，试坑的选择应避开有横向接缝或工作缝的位置。试坑应开挖至基层，以在全深度范围内检查碎石化后的颗粒是否在规定的粒径范围内。如果破碎的混凝土路面粒径没有达到要求，那么设备控制参数必须进行相应的调整，并相应增加试验段，循环上一个过程，直至要求得到满足，并记录符合要求的MHB碎石化参数以备查，在正常碎石化施工过程中，应根据路面实际状况对破碎参数不断做出微小的调整。当需要对参数作出较大调整时，应及时通知监理工程师和现场技术人员。
3.3 MHB破碎
一般情况下，MHB应先破碎路面两侧的行车道，然后破碎中部的行车道，即破碎的顺序为由两侧向中间逐步进行。
    在破碎路肩时应适当降低锤头高度，减小落锤间距，即保证破碎效果，又不至于破碎功较大而造成碎石化过度。
    两幅破碎一般要保证10cm左右的搭接破碎宽度。
    机械施工过程中要灵活调整速度、落锤高度、频率等，尽量达到破碎均匀，初始参数如表1。 
    表 1 初步选定的设备控制参数范围   

  项 目
原水泥混凝土下卧层强度状况
强度较高
强度一般
强度较低
水泥强度等级
32.5
42.5
32.5
42.5
32.5
42.5
下落高度（m）
1.2
1.2
1.1
1.1
1.0
1.0
锤迹间距（cm）
8～12
6～10
8～12
6～10
8～12
6～10

   3.4 预裂要求
    在一些特殊路段，建议采用打裂等其它手段进行混凝土路面的预裂，以确保碎石化能够达到预期的效果。预裂后，根据情况进行试验段施工，重新确定碎石化破碎的施工参数。
   3.5 软弱基层或路基的处理
    对于在碎石化施工过程中发现的部分软弱基层或路基，应对其进行开挖回填处理。首先对全线水泥路面进行碎石化并采用Z型压路机碾压以后，再将存在软弱基层的水泥板块挖除，并对其下软弱基层进行开挖，开挖后基层采用C15素砼回填至水泥板底面高程，然后再采用水稳碎石回填至水泥板顶面标高，进行适当的摊铺和压实，为保证压实效果，最小控制尺寸不小于车道宽和1.2m长。
    3.6 凹处回填
    路面碎石化后表面小面积凹处在压实前能够用密级配碎石回填，要求回填碎石最小粒径为13.2mm，且粒径大于26.5mm的比例不应小于70%。
   3.7 原有填缝料及外露钢筋的清除
    在铺筑之前，所有松散的填缝料、胀缝材料、切割移除暴露在外的加强钢筋或其它类似物应进行清除，如需要，应填充以级配碎石粒料。
    3.8 破碎后的压实要求
    压实的作用主要是将破碎的路面的扁平颗粒进一步的破碎，同时稳固下层块料，为新铺筑的水稳及沥青面层提供一个平整的表面。
    破碎后的路面应采用Z型压路机和单钢轮振动压路机压实，碾压遍数建议1～2遍，压路机进行速度不宜超过5km/h，要求Z型压路机的吨位在16吨及16吨以上。
    在路面综合强度过高或过低的路段应避免过度压实，以防造成表面粒径过小或将碎石化层压入基层。
    3.9 乳化沥青透层
    为使表面较松散的粒料有一定的结合力，同时具有一定的防水性能，建议采用慢裂改性乳化沥青做透层，用量宜控制在2.5～3kg/m2。乳化沥青透层表面再撒布适量石屑后进行光轮静压，石屑用量以不粘轮为标准。
    3.10破碎路段边缘处理
    碎石化和非碎石化混凝土路面接缝应考虑相应的过渡措施，如在接缝处设置高性能聚酯布等。
    3.11雨水的防治。因雨水会严重影响破碎层及其下基层的承载能力，加铺好沥青面层后，滞留的雨水会加速路基路面的损坏，因此，对破碎层，应充分做好防止雨水的工作，如有破碎后不能马上进行碾压摊铺，遇上雨水天气，要注意破碎层的遮盖，同时要保证已安装好的路面边缘排水系统的正常有效地工作。
4  碎石化质量控制
    施工质量控制应在碎石化大面积施工开始前，施工过程中和施工过程后分别加以控制，其一般过程如下：
选择具有代表性路段作为试验段，其长度最小50m，在该试验段中安排不同锤迹间距（2cm左右极差）的子区段，每段长度不少于50m，其分界要标记清楚。
根据选择的设备控制参数，并根据破碎效果进行调整。
    试验段施工结束后，对不同锤迹间距的子区段粒径进行检测，选择对应的设备控制标准。
    检测回弹弯沉（或回弹模量），验证其是否满足变异性要求。推荐采用回弹模量指标，测试的点位随机确定，并应不少于9个。如果不满足，要增加试验段长度并根据增加落锤高度或减小锤迹间距的方式调节，以使其破碎程度增加，变异性减小，直至达到前述质量控制指标要求。
    进行大面积施工过程中，要注意单幅路面长度破碎超过1km时，在破碎粒径产生突变处挖试坑抽检，试验粒径是否满足要求，如果不满足要作小幅调整，在此过程中无需继续检测回弹模量指标，而以试坑粒径状况与试验段有无显著差别作为判断是否合格的依据。
    对于下卧层强度差异较大的不同路段要作不同的设备参数调整，可在其中一段控制参数的基础上，作小幅调整以满足其它段的破碎要求。
    对粒径的确认应经过开挖试坑后用卷尺量结合目测的方式进行（试坑面积为1m2，深度要求达到基层）。试坑位置的选取应具随机性。
    试验段测试的内容除颗粒粒径外还有顶面的当量回弹模量（或增加回弹弯沉测试），检测要在乳化沥青洒布之后，粒径规格的试验子区段内进行。以上测试的试验段测点数至少需要9个。
    试验子区段安排过程中应包含开始破碎的前10m和结束破碎前5m，指标的检测不能安排在这一区域进行。
5  碎石化施工质量验收标准
    5.1路面碎石化后的粒径范围
    水泥混凝土板块的厚度一般在20～26cm之间，破碎后顶面粒径较小，下部粒径较大。从强度角度而言，碎石化后粒径太小会使强度降低很多这时虽能减少反射裂缝可能，但也会带来了原板块强度的浪费。因此碎石化后颗粒粒径不宜过细，而较大也不利于反射裂缝的消除，因此要对粒径范围作出限制。
参照国外资料和国内研究成果，路面碎石化后的粒径是控制未来加铺结构不出现早期反射裂缝的关键参数，作为控制碎石化工艺的关键指标，应满足表2。
    表 2 碎石化后粒径控制范围  
厚度范围
板块顶面上
上部1/2厚度
下部1/2厚度
粒径范围（cm）
﹤7.5
﹤22.5
﹤37.5
5.2 路面碎石化后顶面的当量回弹模量
    水泥混凝土路面碎石化后顶面的当量回弹模量是加铺结构设计的基本参数之一，一般情况下，对于直接加铺沥青混凝土的路面结构，回弹模量平均值控制在150～500MPa之间。 
    5.3 MHB碎石化施工质量标准及检测频率
    为满足直接加铺面层的技术要求，保障加铺层施工质量， MHB碎石化施工质量标准及检测频率如表3。
    表3  MHB碎石化施工质量指标与检测频率  
项次
检测内容
标准
保证率
检查方法和频率
1
顶面粒径
﹤7.5cm
75%
直尺，20m一处
2
上部粒径
﹤22.5cm
75%
直尺，试验段50m一处；
正常施工不均匀时抽检5%
3
下部粒径
﹤37.5cm
75%
直尺，试验段50m一处；
正常施工不均匀时抽检5%
4
顶面当量
回弹模量
150～500MPa
75%
承载板，试验段50m一处
正常施工不均匀时抽检5%
5
平整度
﹤2cm
75%
3m直尺，200m两处
6
纵断面高程
±2cm
75%
水准仪，200m两处
7
横坡
±0.5%
75%
水准仪，200m两处
6 总结
    旧混凝土路面碎石化施工符合中央提出的“可持续发展、保护环境、建立节约型社会”等战略性方针，对该段水泥砼路面采用碎石化的方案，在破碎后结构层上进行加铺可有效消除差异沉降、防止反射裂缝的发生。