水泥路面碎石化技術(shù)在城市道路改造中的應(yīng)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(shù)在城市舊路改造中的應(yīng)用，并對碎石化改造的設(shè)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(guān)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(shù)在公路舊路改造中應(yīng)用較為廣泛，積累了較多的成功經(jīng)驗，社會效益良好，但在城市道路改造中應(yīng)用較少。下面將通過工程實例，介紹碎石化技術(shù)在城市舊路改造中的應(yīng)用，并對碎石化改造方案的設(shè)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(yè)區(qū)，現(xiàn)狀道路于2006年建成并通車，兩側(cè)為現(xiàn)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(cè)主要為待開發(fā)用地、物流公司等，貨運載重車交通量大。

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

2.2現(xiàn)狀道路概況

現(xiàn)狀道路基礎(chǔ)資料顯示路面結(jié)構(gòu)設(shè)計為20cmC30水泥混凝土+2*16cm水泥穩(wěn)定碎石（5%）；路基路面施工質(zhì)量符合要求，且路基使用狀況良好；道路下埋設(shè)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(xiàn)狀路面結(jié)構(gòu)基層。

根據(jù)路面檢測報告，改造段現(xiàn)狀混凝土路面已大面積出現(xiàn)破碎、斷板、斷角、裂縫、露骨等病害。根據(jù)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(wěn)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(xiàn)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(jié)構(gòu)，并不低于城市主干路標準；

3. 維持現(xiàn)狀排水體系，原則上僅對現(xiàn)狀排水管進行疏通，對現(xiàn)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(shè)計方案

3.1路面改造方案選擇

設(shè)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(jié)合道路兩側(cè)用地性質(zhì)和規(guī)劃地塊標高，本工程路面標高具備抬升條件，因此，設(shè)計選擇加鋪方案進行機動車道路面結(jié)構(gòu)改造。

3.2路面結(jié)構(gòu)方案

3.2.1碎石化的適用條件

所謂碎石化技術(shù)，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(wěn)后，碎塊顆粒間相互嵌鎖，作為新建路面結(jié)構(gòu)的基層或墊層使用。該方法能有效消除或減弱加鋪結(jié)構(gòu)柔性路面結(jié)構(gòu)的反射裂縫，延長路面結(jié)構(gòu)的使用壽命。

根據(jù)國內(nèi)工程經(jīng)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(yīng)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(xiàn)大量反射裂縫（接縫處、縱橫及不規(guī)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(fù)；

6） 斷板率超過15%，且有明顯結(jié)構(gòu)性破壞。

因此，本項目適合采用碎石化改造技術(shù)。

3.2.2設(shè)計路面結(jié)構(gòu)

參照類似工程經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)驗算，設(shè)計采用對舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)進行碎石化后做新建路面結(jié)構(gòu)底基層的方案。

具體路面結(jié)構(gòu)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(wěn)定碎石上基層（5：95）+16cm厚水泥穩(wěn)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(wěn)處理）=80cm，即平均加鋪厚度為60cm。

3.2.3驗收標準

設(shè)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(wěn)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(shè)計路面結(jié)構(gòu)方案成功的關(guān)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(shè)備和施工隊伍尤為重要。本地區(qū)常用的舊水泥混凝土破損設(shè)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(wěn)固到基礎(chǔ)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(fā)揮舊結(jié)構(gòu)層的承載能力，并對原有道路的結(jié)構(gòu)基層及路床起到補充壓實作用，為加鋪層提供均勻穩(wěn)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(shè)備，也是目前國內(nèi)使用最廣泛、最有效的碎石化設(shè)備。它攜帶有8對質(zhì)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(tǒng)，工作時破碎錘按一定規(guī)律下落，重錘下落可產(chǎn)生1.4～12KJ的沖擊能量，對路面產(chǎn)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(diào)節(jié)工作寬度，且錘頭的提升高度在油缸行程范圍內(nèi)可獨立調(diào)節(jié)。使得該設(shè)備在工作寬度范圍內(nèi)可以連續(xù)破碎，破碎后的顆粒組成好。

該設(shè)備工作影響深度可通過控制重錘下落高度實現(xiàn)，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(shè)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(shè)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(yīng)盡量減小破洞點間距，優(yōu)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(yōu)缺點，結(jié)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(jù)相關(guān)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(jié)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(jù)舊水泥板病害特點，實時調(diào)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(shù)。

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(jīng)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(jié)構(gòu)層底基層使用的技術(shù)要求，并能有效消除或減弱反射裂縫的設(shè)計效果，我們在破碎壓穩(wěn)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(zhì)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(wěn)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(shè)計及規(guī)范要求。

結(jié) 語

碎石化技術(shù)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(jié)構(gòu)層使用，變廢為寶，降低工程造價、減少環(huán)境污染，符合節(jié)能環(huán)保原則。

其在市政道路改造中是一個值得推廣的技術(shù)方案，但需充分結(jié)合現(xiàn)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(jīng)驗。

參考文獻：

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[3]王松根，陳拴發(fā) .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(shè)計研究院有限責任公司