水泥路面白改黑施工技術探討

馬正英 東斌蘭

0 引言

目前,水泥混凝土路面(以下稱水泥路面)已進入修復期,且有進一步擴大的趨勢。公路養護技術工作者面前的迫切問題就是在不影響已有安保設施功能、環境保護的條件下,如何既節省資源,又節約資金,并快速、徹底的解決大量水泥路面脫空、唧泥、破損、行車噪聲增大、舒適性變差等一系列難題。

1 碎石化簡介

采用MHB碎石化施工機械將病害嚴重(破損率大于20%)的水泥路面進行沖擊破碎、整形、碾壓(這個過程稱碎石化),再經過熱瀝青灌入式調平、穩定后作為路面底基層,并在其上面鋪筑瀝青穩定碎石柔性基層、瀝青混凝土面層的過程,稱為水泥路面白改黑。水泥路面碎石化底基層強度形成機理:

1)碎石化后表層約2 cm～5 cm,在壓實過程中顆粒被壓密,形成嵌擠薄層,通過灑布透層油有較高的粘結力,并具有一定的強度和穩定性;

2)碎石化層上部厚度約10 cm,強度一是來源于顆粒間內摩阻角,粒徑越大則內摩阻角越大;二是來源于預應力,水泥混凝土面板在破碎時,混凝土產生側向體積膨脹,混凝土顆粒的粒徑越小,膨脹趨勢越大,產生的預應力越大;

3)碎石化層下部厚度約10 cm范圍是“裂而不碎、契合良好、聯鎖咬合”的塊體結構,該結構靜定且自穩,具體表現為各種形式的咬合梁、拱結構,在外力作用下產生咬合嵌擠作用,比普通嵌鎖作用更大,提供的強度更高,具有更好的結構穩定特性。

2009年,西安公路管理局對G108周城路段的8.23 km水泥路面進行了白改黑工程措施,收到理想的工程效果。為更好的推廣碎石化新技術的應用,現以該工程施工為例,介紹一下水泥路面白改黑施工相關技術。

2 施工工藝過程

2.1 碎石化工藝主要流程

碎石化工藝主要流程為:調查構造物結構→清除路面雜物→水泥路面碎石化→調平層封層→攤鋪瀝青碎石基層→鋪瀝青混凝土面層。

2.2 調查構造物結構、位置與標記

1)碎石化前要將沿線公路結構物(包括橋涵、地下管線、路側擋土墻、建筑房屋等)的平面位置、結構材料及類型調查清楚,以便調整破碎形式。

2)調查舊水泥路面的結構尺寸和強度,針對不同類型混凝土結構,通過試驗段確定落錘頭落距和落錘頭高度,為大面積施工提供技術指導數據。

3)與橋梁連接段應標明破碎的位置,根據實際情況,可以破碎到橋頭搭板的后端,或根據路面設計高程破碎到監理指定位置。要求新鋪瀝青混凝土面層與橋面銜接順適。

2.3 清除水泥路面上的瀝青修補層

1)清除水泥路面上的瀝青修補層,由于瀝青修補層能消耗落錘頭巨大的沖擊功能,嚴重影響水泥路面的破碎效果,故在碎石化施工前,應清除水泥路面上的瀝青修補材料。

2)清除水泥路面上散落碎石等雜物,由于這些散落的雜物同樣可以消耗落錘沖擊能量,影響碎石化效果。故在碎石化施工前,應對水泥路面進行徹底的清掃,確保水泥路面表面干凈無雜質。

2.4 碎石化

1)本項目選用碎石化機械主要技術參數。型號:PS360;工作速度:120 m/h;行駛速度:8 km/h;工作錘數量:12個;側翼錘數量:4個;額定功率:268 kW;轉速:2 100 r/min;最大破碎寬度:4 m;最小破碎寬度:0.8 m;破碎頻率:30次/min～35次/min。

2)破碎技術參數。根據水泥路面強度、厚度,通過試驗段確定落錘高度和落錘間距見表1。

表1 落錘高度、間距表

3)碾壓破碎。采用MHB破碎機將舊水泥路面破碎后的表面粒徑偏大,既不均勻,也不穩定,應采用 YZ18(Z型輪)振動壓路機補充破碎并壓實其表面,使破碎后的水泥混凝土塊形成內部嵌擠、高密度、高強度的新結構層。

4)交通管制。破碎后的混凝土碎塊表面在沒有進行熱瀝青(或乳化瀝青)調平層之前不允許開放交通,避免行車損壞經碾壓已穩定的碎石化表層。建議在條件允許時進行封閉施工路段,若條件不允許,應采取半幅封閉施工。

2.5 調平層、封層

1)調平層,碎石化后應采用級配碎石對平整度較差的混凝土塊表面進行調平、穩壓,并用熱瀝青(或乳化瀝青)進行下灌處理。

2)封層,為消除雨水下滲、確保柔性基層和調平層的粘結,采用同步碎石封層。

2.6 攤鋪瀝青柔性基層、瀝青混凝土面層

柔性基層選用8 cm密級配ATB-25瀝青穩定碎石;面層選用4 cm密級配AC-13F型瀝青混凝土。

3 工藝過程中應注意的問題及對策

3.1 碎石化

由于水泥路面在長期養護工程中處治方案的差異,導致水泥路面結構形式、厚度尺寸、混凝土強度等方面不同,這就要求操作人員要隨時根據試驗段數據和破碎情況及時調整碎石化機械工作,確保破碎效果符合設計要求。對碎石化機械未能破碎或者不便破碎的混凝土板塊,采用小型破碎槌進行打碎。為確保碎石化段落和結構物銜接順適,并不引起裂縫、跳車等現象,我們在柔性基層下部加鋪雙向抗拉強度為60 kN/m的玻纖格柵進行防裂穩定處理,效果理想。

3.2 調平層、封層

1)調平層,級配碎石調平層厚度不宜過大,一般控制在3 cm以內,超過3 cm的宜采用瀝青穩定碎石混合料進行調平,以確保底基層穩定。調平層灌入熱瀝青(或乳化瀝青)后,應采用最大粒徑為8 mm的集料(通過0.075 mm粒徑的顆粒小于0.5%)進行嵌縫,用量以不粘輪胎為準。2)封層,封層采用同步碎石工藝,瀝青用量保持在1.0 kg/m2～1.2 kg/m2;采用最大粒徑為 8 mm的集料,用量7 m3/km2～9 m3/km2。封層后即開放交通,以消除脫空的混凝土碎塊之間咬合梁或拱結構,確保其結構穩定性,以免引起面層損壞。

3.3 柔性基層

柔性基層選用8 cm密級配ATB-25瀝青穩定碎石混合料。混合料各項技術指標為:穩定度8.3 kN,流值3.001 mm,孔隙率4.4%,瀝青飽和度65.1%,理論密度 2.593 g/cm3。

3.4 瀝青混凝土面層

面層選用4 cm密級配AC-13F瀝青混凝土。

瀝青混凝土各項技術指標為:穩定度9.3 kN,流值2.57 mm,孔隙率3.2%,瀝青飽和度77.1%,理論密度 2.558 g/cm3。

4 白改黑效果

MHB碎石化改造技術充分利用舊路殘余強度,不僅消除了傳統施工方法所產生的反射裂縫,而且能快速、有效地實現路面功能恢復。由于碎石化后加鋪的瀝青混合料結構層厚度較小,不影響已有安保設施功能,節約資源,消除了廢料污染環境。其工程效果、經濟效益和社會效益都非常顯著。

5 結語

舊水泥路面采用碎石化技術改造已得到廣泛應用,本文是我們在水泥路面白改黑施工中的一些具體做法,具有一定的局限性。望我們共同總結、交流碎石化施工經驗,推動這項新技術發展。

[1] 崔志珍.淺議水泥穩定碎石基層的施工技術[J].山西建筑,2009,35(8):307-308.