水泥路面碎石化技術在城市道路改造中的應用

王斌強 明道軒 高翔

【摘要】本文通過實際案例，簡要介紹了水泥混凝土路面碎石化處理技術在城市舊路改造中的應用，并對碎石化改造的設計施工方案進行介紹，認為對于破碎嚴重的水泥混凝土路面，使用碎石化后做底基層或墊層，在城市道路改造中也是適用的。

【關鍵詞】水泥路面；碎石化；城市道路

1.前言

水泥混凝土路面碎石化處理技術在公路舊路改造中應用較為廣泛，積累了較多的成功經驗，社會效益良好，但在城市道路改造中應用較少。下面將通過工程實例，介紹碎石化技術在城市舊路改造中的應用，并對碎石化改造方案的設計施工過程進行介紹。

2.概述

2.1工程概況

本項目位于城市工業區，現狀道路于2006年建成并通車，兩側為現狀綠化帶。道路紅線寬30m，機動車道寬16m，城市次干路，本次改造段長約1.7km。改造段道路兩側主要為待開發用地、物流公司等，貨運載重車交通量大。

根據規劃本次改造方案的道路標準橫斷面為：5m人行道+2m側分帶+16m機動車道（雙向四車道）+2m側分帶+5m人行道=30m。

2.2現狀道路概況

現狀道路基礎資料顯示路面結構設計為20cmC30水泥混凝土+2*16cm水泥穩定碎石（5%）；路基路面施工質量符合要求，且路基使用狀況良好；道路下埋設有給水、雨污水管道，電力、電信、燃氣等綜合管線，其中雨水管道覆土較淺，一般小于1.2m，部分雨污水支管及過街管線已進入現狀路面結構基層。

根據路面檢測報告，改造段現狀混凝土路面已大面積出現破碎、斷板、斷角、裂縫、露骨等病害。根據檢測報告，檢測路段的PCI值為36.7，混凝土路面狀況評價為“差”，水泥穩定碎石基層呈部分松散～松散狀，混凝土彎拉強度標準值fr=3.7Mpa。

2.3改造要求

方案咨詢會確定的本工程改造原則為：

1. 盡量利用現有道路工程，減小浪費；

2. 按重載交通標準改造機動車道路面結構，并不低于城市主干路標準；

3. 維持現狀排水體系，原則上僅對現狀排水管進行疏通，對現狀雨水口進行抬升或加固處理；

4. 維持施工期間交通通行。

3.路面設計方案

3.1路面改造方案選擇

設計初期選取路面加鋪方案和挖除新建方案進行方案比選，詳見下表：

通過上述對比分析，結合道路兩側用地性質和規劃地塊標高，本工程路面標高具備抬升條件，因此，設計選擇加鋪方案進行機動車道路面結構改造。

3.2路面結構方案

3.2.1碎石化的適用條件

所謂碎石化技術，就是將水泥混凝土路面破碎成一般小于40cm的混凝土塊，消除原有路面存在的病害和面板下的空洞隱患，將破碎的水泥板塊壓穩后，碎塊顆粒間相互嵌鎖，作為新建路面結構的基層或墊層使用。該方法能有效消除或減弱加鋪結構柔性路面結構的反射裂縫，延長路面結構的使用壽命。

根據國內工程經驗、文獻資料及專家研究認為，水泥混凝土路面進行碎石化應具備以下條件：

1） 水泥混凝土路面狀況評價為“差”；

2） 功能性罩面上出現大量反射裂縫（接縫處、縱橫及不規則裂縫處和修補處）；

3） 存在超過20%的接縫缺陷，如錯臺、翻漿、裂縫、角隅破壞等；

4） 超過20%的路面已修補或需要修補；

5） 超過15%的路面需要開挖修復；

6） 斷板率超過15%，且有明顯結構性破壞。

因此，本項目適合采用碎石化改造技術。

3.2.2設計路面結構

參照類似工程經驗和結構驗算，設計采用對舊水泥混凝土路面結構進行碎石化后做新建路面結構底基層的方案。

具體路面結構從上往下依次為：4cm厚AC-13C型細粒式SBS Ⅰ-D改性瀝青混凝土+粘層油+6cm厚AC-20C型中粒式SBS Ⅰ-D改性瀝青混凝土+粘層油+8cm厚AC-25C型粗粒式瀝青混凝土+稀漿封層和粘層油+16cm厚水泥穩定碎石上基層（5：95）+16cm厚水泥穩定碎石中基層（5：95）+ 10cm厚碎石找平層+原20cm水泥砼路面板（破碎壓穩處理）=80cm，即平均加鋪厚度為60cm。

3.2.3驗收標準

設計要求碎石找平層壓實度不小于96%，頂面彎沉不大于110（0.01mm）；新建水泥穩定碎石層頂面彎沉不大于60（0.01mm），新建瀝青混凝土頂面彎沉不大于25（0.01mm）。

3.2.4碎石化方案選擇

設計路面結構方案成功的關鍵就是舊水泥混凝土板的碎石化效果，因此選擇合適的碎石化設備和施工隊伍尤為重要。本地區常用的舊水泥混凝土破損設備有沖擊壓實機、多錘頭水泥路面破碎機、液壓破損錘等。

1. 沖擊壓實機

路面破碎一般采用5邊形沖擊壓實機，正常工作時沖擊能量可達15～30KJ，沖擊荷載達2500～3500KN。路面改造中主要利用其沖擊能力和作用深度大的特點，把舊水泥混凝土板快速打裂的同時，將破裂板塊穩固到基礎或土基上。不僅能使破裂板塊間的相互嵌鎖，還能徹底消除板底脫空，充分發揮舊結構層的承載能力，并對原有道路的結構基層及路床起到補充壓實作用，為加鋪層提供均勻穩定的支持體系。

該方法沖擊能量大，影響深度可達2～3m，因本工程存在大量地下管線，且雨水主管埋深一般小于1.2m，所以該施工方案不適合本工程。

2. 多錘頭水泥路面破碎機

多錘頭水泥路面破碎機（MHB）最初是從美國引進的自行式破碎設備，也是目前國內使用最廣泛、最有效的碎石化設備。它攜帶有8對質量為450～550kg的重錘，分兩排裝配在機械的尾部，每對重錘單獨配備一套液壓提升系統，工作時破碎錘按一定規律下落，重錘下落可產生1.4～12KJ的沖擊能量，對路面產生瞬時點狀沖擊力量，從而達到均勻、標準的破碎效果。

該破碎機具備有效工作寬度為0.5～4 米，可調節工作寬度，且錘頭的提升高度在油缸行程范圍內可獨立調節。使得該設備在工作寬度范圍內可以連續破碎，破碎后的顆粒組成好。

該設備工作影響深度可通過控制重錘下落高度實現，但要達到較理想的破損效果，其影響深度將達到1m左右。因此如采用該設備施工，本項目大部分雨水主管、雨污水支管和部分下穿管線將受到破壞。

3. 液壓破損錘

該設備俗稱“啄木鳥”，通過破碎錘在舊水泥混凝土板面進行震動打裂，以達到足夠的碎裂。為達到較理想的破碎效果，應盡量減小破洞點間距，優化布點方式。

該方法基本不影響原有道路基層，能最大限度的保護和利用既有管線，但破碎效果一般。

4. 方案選擇

鑒于以上各施工方案的優缺點，結合項目改造原則，我們選用液壓破損錘震動打裂的破損工藝。

3.2.5碎石化施工

1. 破碎施工

根據相關文獻資料，碎石化后要求不小于75%的舊水泥混凝土板破碎成底部不超過37.5cm，中間不超過22.5cm，表面不超過7.5cm的顆粒。

結合液壓破損錘自身特點，為達到較理想的破碎效果，破損錘打洞點間距為30～40cm，布點形式宜為梅花形，并須根據舊水泥板病害特點，實時調整布點間距和形式。要求進行大面積破碎施工前，選取不少于50m且有代表性的路段做為實驗路段，以便掌握破碎工藝參數。

破碎后對于局部凹陷大于5cm處可用碎石回填密實，并對破碎后的路面采用Z型壓路機補充破碎1～2遍。

2.碎石找平層

因液壓破損錘破碎工藝的固有缺點，經上述破碎施工，可將舊水泥混凝土板破碎成粒徑小于40cm的顆粒，但難以形成表面不超過7.5cm的顆粒。為達到碎石化后可作為新建結構層底基層使用的技術要求，并能有效消除或減弱反射裂縫的設計效果，我們在破碎壓穩后的舊水泥混凝土碎塊上攤鋪均厚10cm密級配碎石找平層，并要求達到96%的壓實度。

3.3施工質量驗收

施工驗收資料顯示，碎石化后，超過95%的碎石化顆粒粒徑小于40cm，其中超過75%的顆粒粒徑小于30cm，且顆粒間相互嵌鎖較緊密。攤鋪10cm碎石找平層施工后，碎石層形成板體，壓實度抽檢代表值為96.7%，頂面彎沉代表值105.4（0.01mm）。新建水泥穩定碎石頂面代表彎沉值51.3（0.01mm），新建瀝青混凝土頂面代表彎沉值21.5（0.01mm），均滿足設計及規范要求。

結 語

碎石化技術可有效解決反射裂縫問題，施工簡便，改造周期短，對施工期間交通影響小；其就地破碎后直接做新建結構層使用，變廢為寶，降低工程造價、減少環境污染，符合節能環保原則。

其在市政道路改造中是一個值得推廣的技術方案，但需充分結合現狀城市道路特點，取長補短，并需在今后工作中進一步研究，積累更多的工程經驗。

參考文獻：

[1]中華人民共和國行業標準.JTG D40-2011 公路水泥混凝土路面設計規范. 北京：人民交通出版社，2011.

[2]王松根.舊水泥混凝土路面碎石化技術應用指南.北京：人民交通出版社，2007.

[3]王松根，陳拴發 .水泥混凝土路面維修與改造.北京：人民交通出版社，2011 .

注：王斌強 明道軒 高翔 武漢市政工程設計研究院有限責任公司