浅谈碎石化施工技术在水泥混凝土路面大修工程中的应用

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  摘 要 水泥混凝土路面以其承载能力强、取材广泛和维护费用少等优点在我国公路建设中得到了持续地发展。近年，这类路面在早期均出现了不同程度的病害，其主要原因有：重载交通的增长，或因混凝土面板偏薄，或因混凝土面板下基础缺乏稳定性，路面损坏严重，各地区大面积维修或改造已成为普遍现象。多锤头碎石化这类被用到路面维修的施工中，产生了不小的经济效益。 关键词 碎石化  水泥混凝土  大修工程  应用     下面就以“省道316巢庐路CLL-2标段水泥混凝土路面大修工程”为例，来谈一谈碎石化施工技术在水泥混凝土路面大修工程中的应用。 巢庐路CLL-2标段起讫桩号为K65+254至K70+000，全长4.75公里。路面为水泥砼路面，该路段的修建对沿线地区的经济发展起到了重要的作用。随着沿线地区经济的快速发展，其交通量日益增加，超载、重载交通较多，路面出现不同程度损坏，特别是冶父山至庐江段，原有路面已不能满足需要，对其进行大修成为亟待解决的问题。旧水泥混凝土路面在早期均出现了不同程度的病害，其主要原因是：重载交通的增长，或因混凝土面板偏薄，或因混凝土面板下基础缺乏稳定性，路面损坏严重，唧浆、沉降现象严重，路况不断恶化。巢湖市公路局大修工程部在对经济社会效益进行了充分比较后，决定对省道316巢庐路K65+254-K70+000段进行多锤头碎石化施工。 1.碎石化施工技术要求： 1.1机械设备的准备： 1.1.1多锤头破碎机： 巢庐路混凝土路面大修工程中采用的是山东公路机械厂生产提供的的自行式破碎设备，该设备采用进口液压元件及电器元件，性能稳定。设备后部平均配备两排成对锤头，锤头的提升高度在油缸行程范围内可独立调节，该破碎机具备一次破碎3.95米车道的能力，其主要技术参数为：型号 HB4000-2，工作速度 120 m/h，行驶速度8 Km/h，工作锤数量12个（包括边锤数量4个），发动机型号：额定功率2800 Kw，转速1500转，最大破碎宽度4 m，最小破碎宽度0.8m，破碎频率30-35次/分钟。          1.1.2 Z型振动压路机： 压路机采用的是山东公路机械厂生产提供的yz18a Z形振动压路机，单压实轮，自装配，自动力，携带Z型钢箍，通过螺栓固定在压实轮表面，碾压时应进行振动压实。它是用于破碎水泥混凝土路面后的表层补充破碎。 1.1.3 钢轮振动压路机： 该压路机采用的是徐工集团生产的XS260单钢轮振动压路机。单振动轮，自装备自动力， 21吨，施工中采用振动压实。该压路机用于摊铺沥青之前，在Z型压路机之后压实破碎后的混凝土表面，也用于修复破碎后通车的特殊路段。施工时按标准规范执行。 1.2制定临时交通管制方案： 由于进行碎石化处理的施工路段在没有摊铺完沥青混凝土面层之前是不允许开放道路交通的，因此,在施工期间对交通管制的要求相对就比较高，为了确保碎石化技术的处理效果, 实行半封闭施工，根据施工计划先封闭右半幅，左半幅通车，等右半幅摊铺完水稳后再封闭左半幅，右半幅通车。 1.3做好隐蔽构造物的调查： 进行破碎施工前，结合设计图纸提供的隐蔽构造物的分布情况，如：半幅扩建的涵洞、通道、地下管线等情况进行调查，标记结构物的位置。以确定破碎是否会对这些构造物造成损坏。正常情况下： 首先，埋深在1米以下的构造物（或管线）是不会由于破碎而带来损坏的，可以正常施工。埋深0.5-1.0m的构造物（或管线）可能因为路面碎石化而受到一定影响，这种路段可以降低锤头高度进行轻度打裂。埋深不足0.5m的构造物（或管线）以及桥梁等，应禁止破碎，避让范围为结构物端线外侧3m以内的所有区域。 其次，距路肩10m以外的建筑物不易因路面碎石化受到破坏，这种路段可以正常破碎；对于路肩外5-10m范围内存在建筑物的路段，施工时应降低锤头高度对路面进行轻度打裂；对于路肩外5m以内存在的建筑物的路段，应禁止破碎。 1.4清除存在的沥青面层： 在碎石化前，应清除旧水泥混凝土路面上的沥青修复材料，因为这些材料的存在，会影响到破碎处理的效果。 1.5其他要求： 任何与施工期间维持交通无关的路面加宽或路肩修复，也应在施工之前修复到混凝土路面的高程。 2.碎石化施工工艺及施工方案： 2.1路面碎石化前的处理： 2.1.1修复旧混凝土路面基层病害： 在路面破碎前对因基层强度不足而产生的唧泥、沉陷、断裂严重病害板块挖除，采用原路面基层材料进行更换基层，若发现底基层损坏，应一起更换底基层，然后重新铺筑C35（或与现状混凝土面板相同的标号）混凝土面板。 2.1.2排水系统设置或修复： 对任何路面而言，要获得良好的使用性能，完善的排水设施是必不可少的，在存在下列问题时需要设置横向排水盲沟：凹形竖曲线、现有混凝土板块明显唧泥、平曲线超高段的底边及所有其他存在排水问题的区域。如果条件允许，至少应在路面碎石化施工前两周应使排水系统投入正常允许。 2.2施工工艺： 2.2.1施工放样： 每10m或25m在路中线、左、右幅中线（车道位置），左右幅边线用线标记点位。测量三点高程，计算设计与原地面高差。便于调平层施工依据作参考。 2.2.2施工要求： 首先，摊铺面层前的最长间隔时间。除非监理工程师另有批准，在混凝土破碎和摊铺水稳碎石底基层之间的最长间隔时间不超过48小时。 其次，路面破碎要求。要把75%的混凝土路面破碎成颗粒(肉眼观测)表面最大尺寸不超过7.5厘米，中间不超过22.5厘米，底部不超过37.5厘米。若破碎后的块径超过最大尺寸，应用密级配的破碎粒料替换并压实到监理工程师满意。在独立的软土地基区域，破碎难度大，可能不能达到以上的粒径要求，这些暂时不予破碎处理的路段，可采用预裂并压实的工艺进行处理。在任何情况下，表面的最大粒径不超过30厘米且大部分裂缝应延伸到混凝土路面的全部深度。采用其他的破碎方法时应获得监理工程师的批准。 操作的次序首先由施工协作队对路面排水系统进行修通，有利于表面排水。由于路面的横坡，新铺沥青面层底层或基层底层边缘可能存水，因此根据排水方向确定哪一个车道首先破碎是很重要的，特别是超高段多车道为同一坡度时，破碎从路拱高出车道依次开始。 原来挖补的部分有许多是超厚的，对于这些部分，相应的破碎尺寸可增大到正常厚度的中间层22.5厘米的要求。达到正常厚度板的中间层破碎尺寸要求且裂缝间距小于45cm时被认为是合适的。破碎施工绝不允许因破碎造成隐蔽构造物的损坏，所有设备应严格遵守桥涵的吨位限制。 2.2.3选定代表性路段进行破碎试验： 在认可水泥路面破碎机破碎程序之前，经监理工程师认可。试验路段应为监理工程师在工程项目范围内确定的位置，尺寸为车道全宽，长度为100m进行控制。施工时应记录不同的破碎情况下相对应的水泥路面破碎机设置的参数,如锤头高度和地面行驶速度等。 当试验段完成后，为了进一步验证水泥路面被破碎后的具体尺寸，确保路面被破碎成设计图纸规定的要求。根据设计要求、在业主、监理现场旁站的前提下，应在两个独立的位置开挖0.929平方米的试坑，施工时开挖试坑进行检查。试坑不能选择在有横向接缝或工作缝的位置，路面破碎粒径应在全深度内检测，试坑应用密级配碎料回填并压实至工程师满意。通过试验段破碎，最终确定符合施工要求的破碎设置参数。如果破碎的混凝土路面粒径没有达到要求，那么破碎程序必须进行相应调整并相应增加试验区，以保证结果满足要求。最终，符合要求的MHB的设置应纪录备查。破碎的程序应得到监理工程师和施工单位双方的认可，确定的程序将用于试验区之外的路面破碎。施工时应不断监控破碎操作并在施工过程中不断地进行小的调整以确保破碎结果满足要求，如果为达到要求，MHB的设置应进行大的调整时，施工现场技术人员应通知监理工程师，经调整后破碎粒径符合设计要求，监理工程师同意才进行试验区以外的路面破碎。 决定将k65+725-k65+925段作为碎石化试验段，长度为200m。试验路段确定的破碎程序将用于本工程。在施工过程中应不断检查破碎作业情况，并根据需要对设备进行细微调整，以确保达到施工质量要求。 2.2.4确定具体的工艺技术流程： 在实践推广过程中，该项技术经过最近几年的不断优化、不断发展，目前已经形成了一套较为成熟的工艺流程，主要的工艺流程为： MHB破碎一遍→Z型压路机振动压实2遍→采用级配碎石回填局部凹处→光轮压路机振动压实4~5遍→测回弹弯沉值→挖换弹簧板块→光轮压路机静压2遍→测回弹弯沉值（底基层面控制弯沉）→得4~12小时后摊铺调平层（根据设计高程与破碎后路面高程差减去补强厚度（34cm）所得。 2.2.5与相邻车道的连接： 破碎一个车道的过程中，实际破碎宽度应超过一个车道，与相邻车道搭接一部分，宽度至少是15厘米，这样，即使临近车道尚未破碎时，已破碎车道也可以摊铺沥青面层或调平层基层，而且摊铺部分也不会超过已完全破碎的路面而覆盖未破碎的路面从而影响临近车道的破碎。 2.2.6主要技术控制措施： 碎石化质量控制的指标主要有破碎率和破碎尺寸两项。一般情况下，要求把75%的水泥混凝土路面破碎成表面最大尺寸不超过7.5cm，中间不超过22.5cm，底部不超过37.5cm的粒径。破碎后颗粒尺寸可通过调整重锤下落高度进行控制。 碎石化后混凝土颗粒间应形成紧密嵌挤结构，颗粒应嵌入或紧贴旧路基层，消除脱空板原有间隙。破碎时，与相邻车道衔接宽度应大于15cm。破碎后路面不得开放交通，若通车造成破碎后路面不平整或透层油粘结层损坏，应重新压实。 碎石化效果不仅用回弹弯沉或回弹模量作为评价指标，还需结合破碎层的强度变异性进行综合评定。对局部弹簧板块的挖换，应在旧路面破碎后进行，换挖板块需通过回弹弯沉测试确定。 碎石化后沉降量受旧路路况影响较大，不宜作为碎石化技术控制指标。水泥混凝土路面破碎后封闭交通，以免影响破碎层强度均匀性。 2.2.7施工中和施工后修复软弱基层或底基层： 有时部分单独的软弱基层或底基层会在破碎施工时发现，而且用以上的几种办法也不能进行破碎，同样的情况也可能发生在压实操作中，不论何种情况，应按监理工程师的指令进行修复。 2.2.8清除原有填缝料： 在铺筑面层以前所有松散的填缝料或其他类似物应进行清除，如需要应填充密级配碎石粒料。 2.2.9凹处回填： 不应修整破碎后混凝土路面或试图平整路面以提高线形，这样将破坏混凝土路面碎石化以后的效果。在压实前发现的5厘米的凹地应用密级配碎石粒料回填并压实到工程师满意的程度。对于修复处压实后的高程，应修整出等于或好于周围混凝土路面状况的平滑表面。重要的是确定凹地是否是由于路基或低基层的不稳定造成的，如果是由于软弱地基造成的，该区域将按前述软弱地基的方法处理。 2.2.10破碎后的压实要求： 压实主要作用是将表面较长较宽的颗粒进一步破碎，紧固下层块料以增加结构强度。在潮湿条件下不应进行压实操作，以避免损坏下面底基层。应避免过度压实，特别是在稳定性有问题的地方。 首先，Z型钢轮压路机振动压实。压实的主要作用是将破碎的路面表面的扁平颗粒进一步破碎，同时稳固下层块料，为新铺的水稳提供一个平整的表面，破碎后的路面采用Z型压路机振动压实3遍，压路机压实速度不允许超过5km/h。 其次，光轮压路机振动碾压。调平后的碎石化路面采用光轮压路机振动压实3遍，压路机压实速度不允许超过5 km/h。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。 最后，破碎混凝土路面的检验性压实。检验性压实，是指在有问题的区域有意识地用荷载检验破碎后的混凝土路面和路基基层结合料的稳定性。按工程师指令，通常用加载的双轴卡车进行。本过程有利于确定在破碎或压实过程中未发现的薄弱区域，但仅在沥青面层操作之前进行，使用方法必须避免过度压实对破碎基层的损坏。 3.破碎混凝土路面养护： 除了指定的用于开放横穿交通的区域外，破碎后的混凝土路面的任何路段均不得开放交通（包括不必要的施工运输），在这些区域开放交通不得超过24小时，施工时我段采取半幅通车半幅施工的顺序，确保碎石化后砼路面的养护质量，包括如果破碎材料由于开放交通而松散或不稳定而进行的重新压实。不稳定路段的处理按软弱地基路段进行。 结论 破碎并压实的混凝土路面，具有破碎混凝土块组成的紧密结合、内部嵌挤、高密度的材料层，施工简便迅速，综合造价低，特别适合于交通繁忙的主干线旧水泥混凝土路面大修工程，并且环境保护较好、无污染。通过与传统的翻挖重建方案比较，碎石化技术在巢庐路混凝土路面大修工程中显示了较强的经济优势，同时节省了天然集料资源和废料占地费用、保护了集料产地生态环境，解决了混凝土废弃物处理困难和由此引发的对环境的负面影响问题。