混凝土路面破碎改造技術(shù)的應(yīng)用與分析

      近幾年來隨著交通量的增加，特別是重載車輛的增多，混凝土路面斷板、破碎、錯臺、唧漿現(xiàn)象十分嚴(yán)重。雖然采取換板等養(yǎng)護(hù)措施，但破損速度很快，維修養(yǎng)護(hù)跟不上，以至形成修不勝修的局面。水泥路面的破損嚴(yán)重影響道路通行能力，為此我省將舊水泥路面改造列入“暢通工程”?，F(xiàn)在對于舊水泥路面加鋪瀝青路面，也即所謂的“白改黑”，有多種處理方法，其中包括沖擊壓實、打裂壓穩(wěn)、碎石化等技術(shù)。上述處理技術(shù)各有其優(yōu)缺點，本文將對此進(jìn)行評價和分析。
1 混凝土面板處理技術(shù)簡介
    在水泥路面采取“白改黑”的初期，為防止瀝青罩面層出現(xiàn)反射裂縫，常采取水泥板壓漿、鋪設(shè)土工格柵等措施。雖然理論研究認(rèn)為，鋪設(shè)土工格柵具有消散應(yīng)力，阻止反射裂縫出現(xiàn)的能力，但實際效果并不理想。為了解決反射裂縫的問題，十多年前美國等國家研究了沖擊壓實（藍(lán)派）、打裂壓穩(wěn)、碎石化等技術(shù)，并開發(fā)了相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備。
1.1 沖擊壓實技術(shù)
    沖擊壓實機(jī)是一種具有高沖擊能量的壓實機(jī)械，其鋼輪成五邊形或正方形。當(dāng)它行走時,輪軸反復(fù)抬升和落下使鋼輪沖擊水泥板塊， 使面板出現(xiàn)橫向裂紋而折斷。隨著沖壓遍數(shù)的增加，鋼輪交錯作用于面板，橫向裂縫變寬并開始出現(xiàn)縱向裂縫。沖擊壓實機(jī)對水泥路面施加的強(qiáng)大沖擊力足以使面板破碎和穩(wěn)固, 有效地消除了原來面板脫空而產(chǎn)生的豎向變形。
1.2 打裂壓穩(wěn)技術(shù)
    打裂壓穩(wěn)采用的破碎設(shè)備是一種門刀式破碎機(jī)，其沖擊錘有2.4m寬度，錘頭重量5t以上，沖擊錘提升一定高度后自由落下產(chǎn)生的巨大沖擊力將水泥路面橫向打裂，然后采用膠輪壓路機(jī)碾壓使其穩(wěn)固。錘頭高度可以調(diào)整直至達(dá)到破碎要求，一般要求75%以上的面板成不規(guī)則開裂，顆粒為0.4～0.6m2大小。
1.3 碎石化技術(shù)
    目前混凝土路面碎石化設(shè)備主要有多錘頭破碎機(jī)（MHB）和共振式破碎機(jī)，現(xiàn)在多錘頭破碎機(jī)已經(jīng)從國外引進(jìn)到國內(nèi)來。
    多錘頭破碎機(jī)(MHB)由兩部分組成，前半部分為柴油發(fā)動機(jī)動力系統(tǒng)，后半部分為破碎系統(tǒng)，中間備有2排各3對650kg的錘頭，兩側(cè)各有1對865kg翼錘。每對錘頭的提升高度可以根據(jù)需要隨意調(diào)節(jié)，其最大提升高度110cm。
2 “白改黑”路面結(jié)構(gòu)
    就目前“白改黑”路面結(jié)構(gòu)，基本上根據(jù)對混凝土板處理方式不同而采用不同的結(jié)構(gòu)。
對于沖擊壓穩(wěn)和打裂壓穩(wěn)兩種處理技術(shù)，是在對混凝土板塊處理后，上面先加鋪20~25cm二灰碎石作為基層，然后再加鋪10～13cm兩層瀝青混凝土面層。有些地方為提高防止半剛性基層可能出現(xiàn)反射裂縫，還在半剛性基層上加鋪自粘式土工玻纖格柵。
    對于碎石化處理技術(shù)，按照美國介紹則無須加鋪基層，而可以直接加鋪瀝青面層，但瀝青層的厚度至少應(yīng)在15cm以上，否則可能會出現(xiàn)強(qiáng)度不夠而引起面層破壞。然而限于資金也為了觀察比較，瀝青加鋪層厚度打多控制在12～15cm范圍內(nèi)。
    上述不同路面結(jié)構(gòu)，無論加鋪半剛性基層或者直接加鋪瀝青面層，都未作路面力學(xué)計算，即不是根據(jù)強(qiáng)度計算來確定加鋪層厚度的，而是依據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗確定的，因此所定加鋪層厚度缺乏理論依據(jù)。
3 實施效果的評價分析與比較
3.1　防治反射裂縫
    湖州104國道埭溪路段2km“白改黑”試驗路段，是在采用多錘頭機(jī)械破碎后，分別不同路段加鋪12cm和15cm瀝青面層。施工完成后經(jīng)對試驗路段進(jìn)行彎沉測定，其彎沉強(qiáng)度很高，代表彎沉在21～29(0.01mm)范圍內(nèi)。經(jīng)過大半年的運營使用，瀝青面層表面沒有發(fā)現(xiàn)反射裂縫，路面平整，路況良好(圖4)。臺州仙居35省道經(jīng)碎石化處理后，雖彎沉較大，但使用大半年未出現(xiàn)裂縫，這說明經(jīng)多錘頭碎石化處理能徹底解決反射裂縫的問題。這是因為混凝土板塊經(jīng)碎石化后，水泥面板的破碎程度比較徹底，水泥碎塊的最大粒徑在20～30cm之間，經(jīng)Z壓路機(jī)壓實穩(wěn)固后混凝土面板表面碎塊最大尺寸僅5～10cm，經(jīng)灑布乳化穩(wěn)定，從而在結(jié)構(gòu)上不再是剛性板塊，而成為類似瀝青穩(wěn)定碎石基層，即為柔性基層，故也不再存在水泥板塊反射裂縫的問題。
    浙江其他地區(qū)采取打裂壓穩(wěn)或沖擊壓穩(wěn)處理技術(shù)，加鋪了半剛性基層，目前路面也大多良好，僅個別路段有些縱向裂縫。這說明經(jīng)這樣處理后也能有效地防治反射裂縫。但是由于混凝土破碎后尺寸仍比較大，因此仍有出現(xiàn)反射裂縫的可能，但不會短時間內(nèi)出現(xiàn)，即存在反射裂縫的隱患。
3.2 施工的工效
    沖擊壓穩(wěn)施工時其沖壓機(jī)的拖拉速度為7～12km/h，而要使板塊達(dá)到破碎要求，需要來回沖壓15～20遍，破碎速度為200～300m/h。沖壓結(jié)束后再用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行壓實。打裂壓穩(wěn)施工所用門式?jīng)_擊錘沖壓，沖壓1次即可完成破碎，故破碎效率比較高，其破碎速度約為400～500m/h。多錘頭破碎機(jī)的破碎速度為150～300m/h。上述3種破碎處理方法，在破碎后或用輪胎壓路機(jī)進(jìn)行壓實，或用Z字形壓路機(jī)進(jìn)行壓實。
    要完成全部施工，對于沖擊壓穩(wěn)和打裂壓穩(wěn)，由于需要在破碎后上面先加鋪20～25cm厚的半剛性基層，則整個施工周期比較長。采用多錘頭破碎技術(shù)，則可以直接加鋪瀝青面層，因而整個施工周期較短，湖州104國道埭溪路段2km“白改黑”試驗路段施工，前后僅花了10天時間，故工效高、速度快，社會效益也高。
3.3 施工對周圍環(huán)境的影響
    采用多錘頭碎石化技術(shù)，由于施工速度快時間短，對交通和周圍居民的干擾影響小。因直接加鋪12～15cm瀝青面層，路面標(biāo)高增加不多，對沿線的排水影響較小，這在經(jīng)過居民區(qū)時顯得非常重要。同時由于其錘頭質(zhì)量僅650kg，錘擊時產(chǎn)生的震動不大，對沿線的民房等建筑物沒有影響。
    打裂壓穩(wěn)機(jī)械施工時，機(jī)械的沖擊錘質(zhì)量達(dá)5t，因而對地面的沖擊力很大，影響沿線民房等建筑物。采用沖擊壓穩(wěn)施工時，多邊形壓路機(jī)要來回沖擊壓實15～20次，不僅持續(xù)時間長，而且沖擊力又大，對沿線建筑物有較大影響，故要求建筑物距離道路15m以上，但有時仍會引起居民的不滿，甚至發(fā)生過村民阻攔施工的糾紛。
采用沖擊壓穩(wěn)或打裂壓穩(wěn)技術(shù)，要先加鋪20～25cm半剛性基層，再加上10～13cm瀝青面層，故標(biāo)高抬高達(dá)30～38cm，影響原地面排水系統(tǒng)。
    相比之下，采用多錘頭施工對道路周遍環(huán)境的影響小，因此特別適合通過城鎮(zhèn)道路的混凝土路面改造。
3.4 施工費用
    由于受建設(shè)資金的限制，舊混凝土路面“白改黑”改造的費用，往往是影響選擇板塊處理技術(shù)方法的主要因素。
    上述幾種板塊破碎處理方法，因所消耗的功能不同，以及受市場因素的影響，目前所需的費用有較大的差別。如果以單位面積計算，沖擊壓穩(wěn)機(jī)械作業(yè)，其費用約為5～8元/m2。打裂壓穩(wěn)機(jī)械作業(yè)，其費用約為12元/m2。多錘頭破碎作業(yè)的費用為14～18元/m2，與其他兩種機(jī)械作業(yè)費用相比約多出6～8元/m2。
    加鋪半剛性基層的費用平均每1cm厚度約1元/m2，加鋪20～25cm厚半剛性基層則需費用20～25元/m2。加鋪瀝青面層的費用，平均每1cm厚度約7元/m2。采用多錘頭碎石化技術(shù)，瀝青面層厚度比其他兩種方法厚約3～5cm，相應(yīng)增加費用21～35元/m2。
    根據(jù)以上估算，多錘頭碎石化技術(shù)與其他破碎技術(shù)相比較，“白改黑”的費用約要多6～15元/m2，平均增加10元/m2。若改造9m寬的二級公路，每公里則要多支出費用9萬元。
4 結(jié)語
    舊水泥混凝土路面采取“白改黑”改造技術(shù)，為防止反射裂縫可以采用沖擊壓穩(wěn)技術(shù)、打裂壓穩(wěn)技術(shù)和多錘頭碎石化技術(shù)。相比之下，多錘頭碎石化技術(shù)具有防治反射效果好，施工速度快，工效高，對環(huán)境影響小等優(yōu)點，但所需費用較高。因而應(yīng)根據(jù)工程的具體情況加以選擇。