寧俊明 周 瑜

自20世紀(jì)70年代始,大多城市道路都建成了造價(jià)相對(duì)便宜的水泥混凝土路面。而且由于成本的問(wèn)題,絕大多數(shù)為非鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),加之路基等級(jí)低或設(shè)計(jì)為有先天技術(shù)適應(yīng)性缺陷的高等級(jí)半剛性基層。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展帶來(lái)的重交通負(fù)荷增加,水泥混凝土路面都出現(xiàn)了斷板、錯(cuò)板、裂縫、剝落、坑洞等損害。因此,舊水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)、維修、改建工作就顯得尤其重要。

通常對(duì)城市道路改建的方式是將舊水泥混凝土路面破碎后作為基層,再鋪加瀝青混凝土或水泥混凝土。破碎舊混凝土路面可以采用沖擊式壓實(shí)、打裂壓穩(wěn)、碎石化三種方法。國(guó)內(nèi)外研究表明:沖擊壓實(shí)、打裂壓穩(wěn)都只能延緩反射裂縫的出現(xiàn),而不能徹底消除其發(fā)生,碎石化被認(rèn)為是一種有效消除反射裂縫的方法。

1 防止反射裂縫措施與碎石化改造技術(shù)

1.1 傳統(tǒng)的防止反射裂縫措施

為防止反射裂縫,在加鋪工藝上也采取了幾種方法:

1)在兩層之間設(shè)置夾層,即以土工格柵、土工織物、橡膠瀝青等特殊材料設(shè)置于新舊層之間,吸收部分應(yīng)力,延緩裂縫反射,增強(qiáng)新加鋪層的抗拉抗剪強(qiáng)度,使新舊層結(jié)合為一體;2)加鋪較厚的新層,以提高新層的整體強(qiáng)度和抗反射裂縫的能力,但成本明顯增大,效果并不理想;3)在新加鋪層上設(shè)置脹縮縫,以釋放下層反射應(yīng)力集中產(chǎn)生裂縫。但是上述幾種方法難以從根本上解決問(wèn)題。如何才能使翻修改造后的路面使用壽命達(dá)到和新路一樣,而又能利用舊面板材料節(jié)約大量資源,我們寄希望于利用一種新的破碎、碾壓、加鋪工藝達(dá)到此目的。

1.2 碎石化改造技術(shù)

為徹底消除舊面板對(duì)新加鋪層的反射裂縫影響,只有將原有的舊面板徹底打碎,以完全消除原有路面存在的病害及隱患,并將打碎的混凝土碾壓后直接作為基層或底基層,再加鋪新的面層(水泥或?yàn)r青混凝土),才能達(dá)到我們希望的目的。這樣的工藝技術(shù)才是水泥混凝土路面翻修改造的最佳方法。它不但徹底消除了病害隱患,而且既解決原路面棄方的問(wèn)題又節(jié)約了大量路基材料,大幅降低了工程造價(jià),同時(shí)也有利于環(huán)保。

碎石化技術(shù)是將水泥混凝土(俗稱白色路面)破碎一般小于30 cm的混凝土顆粒,產(chǎn)生一個(gè)新鋪的均勻基層,從而防止瀝青面層出現(xiàn)反射裂縫。碎石化技術(shù)通過(guò)專用的機(jī)械設(shè)備對(duì)水泥混凝土板塊進(jìn)行擊碎處理,并通過(guò)碾壓等工序使水泥混凝土板塊成為新的水泥混凝土顆粒,組成相對(duì)松散、強(qiáng)度相對(duì)均勻的結(jié)構(gòu)層。利用其作為基層,消除了在不破碎的舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青面層可能出現(xiàn)的反射裂縫,提高了加鋪后新路面結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。

1.3 碎石尺寸、反射裂縫和強(qiáng)度的關(guān)系

破碎后的碎塊尺寸越大越不均勻,對(duì)新加鋪層的影響就越大,更易引起反射裂縫:破碎后的碎塊尺寸越小,雖然引起反射裂縫的幾率就越小,但對(duì)路面的支撐強(qiáng)度也會(huì)減小,使作為基層使用的破碎壓實(shí)層的結(jié)構(gòu)失效概率增大。經(jīng)研究,碎塊尺寸與反射裂縫和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖1所示。根據(jù)國(guó)外工程經(jīng)驗(yàn),舊路面破碎后的碎塊尺寸在3英寸～8英寸(8 cm～20 cm)之間時(shí),才可取得較為理想的效果。

2 水泥混凝土碎石化機(jī)械設(shè)備與應(yīng)用

2.1 沖擊壓實(shí)機(jī)

斷裂穩(wěn)固是一種在修筑加鋪層前處理原水泥路面的方法,在國(guó)外尤其在美國(guó)是一種成熟的技術(shù)、有完善的工藝。目前我國(guó)使用的多為3邊輪和5邊輪。沖擊壓實(shí)機(jī)的壓實(shí)能來(lái)自兩個(gè)方面:一是沖擊輪的自重;二是沖擊輪滾動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊功能。同時(shí)由于多邊碾壓輪的蓄能快速釋放,也加大了對(duì)水泥板塊的沖擊。其巨大的沖擊能以1.5次/s～2.2次/s的低頻率沖擊水泥板塊,所產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波可向水泥板塊下面的底基層和土基層傳播,從而使擊碎板塊得到壓實(shí)穩(wěn)固。沖擊壓實(shí)機(jī)實(shí)際施工效果顯示:隨著沖壓遍數(shù)增加,縱向裂縫增大增多,橫向裂縫也開始出現(xiàn);沖壓5遍后水泥板塊已破碎,裂縫呈網(wǎng)狀并分布于整幅板塊,部分板塊完全破碎,其尺寸為30 cm～40 cm;沖壓15遍～20遍后水泥板塊尺寸變?yōu)?0 era～30 era,且碎塊極佳的嵌鎖穩(wěn)固狀態(tài),完全符合施工工藝設(shè)計(jì)的要求。

2.2 液壓多錘頭破碎機(jī)

液壓多錘頭破碎機(jī)由兩部分組成:前半部分為動(dòng)力裝置柴油機(jī)和液壓系統(tǒng);后半部分為工作裝置破碎系統(tǒng)——中間設(shè)有兩排各3對(duì)錘頭,兩側(cè)各有一對(duì)翼錘。柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵,液壓泵為液壓缸提供壓力油。液壓缸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)各錘頭交替地錘擊水泥板塊并使其破碎。每對(duì)錘頭提升高度可獨(dú)立調(diào)節(jié)。液壓多錘頭破碎機(jī)的作業(yè)寬度可達(dá)4 m/次,工作速度可達(dá)62.5 m/h。

2.3 共振式破碎機(jī)

上述沖擊壓實(shí)機(jī)和多錘頭破碎機(jī)均存在振動(dòng)噪聲大,工人勞動(dòng)強(qiáng)度大,碎塊尺寸大且不均勻,需要多次重復(fù)作業(yè)、效率低等缺點(diǎn)。特別是不均勻的碎塊作為基層使用。難以避免新路面反射裂縫的產(chǎn)生,使其實(shí)際使用受到很大限制,甚至有的國(guó)家如美國(guó)已禁止使用重錘、沖擊式破碎工藝來(lái)修復(fù)水泥路面。20世紀(jì)末,美國(guó)RMI公司成功研制了共振式破碎機(jī)。

3 共振破碎原理

共振式破碎機(jī)利用振動(dòng)梁帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng),錘頭與路面接觸。通過(guò)調(diào)節(jié)錘頭的振動(dòng)頻率,使其接近水泥面板的固有頻率,激發(fā)其共振,將水泥混凝土面板擊碎。工作錘頭上裝有專用傳感器,感應(yīng)路面的振動(dòng)反饋,由電腦自動(dòng)調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率,搜尋被擊物的自有頻率,并引起水泥面板在錘頭下局部范圍內(nèi)產(chǎn)生共振,使混凝土內(nèi)部顆粒間的內(nèi)摩擦阻力迅速減小而崩潰。

4 共振破碎技術(shù)特征

1)破壞路面的完整性。碎石化后,舊水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)完整性必須徹底破壞,以防止以后出現(xiàn)反射裂紋。2)破碎顆粒相互嚙合。破碎的形狀必須呈“鋸齒”狀,碎粒相互嚙合,狀態(tài)未打亂,碎粒共同“工作或彎曲”,使負(fù)荷分散到更大范圍,對(duì)比效果。3)破碎粒徑一致。破碎的碎粒應(yīng)大小一致,方可使路面共同彎曲,將所承載的負(fù)荷均勻分散到路基上。

5 施工優(yōu)勢(shì)

1)碎石化是一種修復(fù)形式,可與“新”鋪路面相媲美。當(dāng)混凝土路面損壞到必須進(jìn)行某種形式的修補(bǔ)或全面重建時(shí),費(fèi)用對(duì)比十分明顯。美國(guó)阿肯色州一個(gè)項(xiàng)目的對(duì)比分析,全部重修比碎石化大3.4倍。在美國(guó)其他州,重建和碎石化的費(fèi)用比是3.3∶1～4.0∶1,共振碎石化施工更經(jīng)濟(jì)。2)城市的交通主干道或分流繞城高速公路,過(guò)往車輛繁多。共振碎石化施工,對(duì)其特定的環(huán)境可設(shè)計(jì)在夜間或約定的時(shí)間作業(yè),且共振碎石化施工工期只有重建施工的1/5,對(duì)交通干擾小。

6 施工要點(diǎn)

1)壓穩(wěn):a.共振碎石化施工是使舊水泥混凝土路面被共振破裂,而不是粉碎,因此,將表面壓平和“壓穩(wěn)”即可,不可能也不必達(dá)到一般意義上的壓實(shí);b.使用10 t光輪振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行2遍～3遍碾壓足以將表面細(xì)小碎粒壓入裂縫,進(jìn)一步提高破碎混凝土的模量,然后用水灌車在表面灑一遍水,再進(jìn)行一遍帶“振動(dòng)”的碾壓。

2)排水:a.通過(guò)設(shè)置“邊緣排水”系統(tǒng)使支撐破碎的普通水泥混凝土路面的路基變得干燥,保持干燥。邊緣排水最常見的是45 cm～60 cm深、30 cm寬并內(nèi)襯油氈或?yàn)V網(wǎng)的排水溝。溝底鋪設(shè)φ 10 cm多孔塑料管或土工織物覆蓋的其他管道。大約每隔100 m～300 m或在較低的地方,布置橫向排水管將水排出公路;b.邊緣排水使路面下的水排出,路基變得更干和結(jié)實(shí),即模量更高。路面上行駛車輛的輕微振動(dòng)加速了以前的積水的運(yùn)動(dòng)。重要的是,不能使破碎的混凝土侵入路基。路基被侵入的地方會(huì)潛在積水不易排出到邊緣排水系統(tǒng)中。在這些水坑上破碎混凝土的“活動(dòng)”會(huì)對(duì)路基和瀝青罩面造成損壞;c.碎石化路面上面5 cm～8 cm是排水層,邊緣排水系統(tǒng)延伸到該層,如果水從表面瀝青的裂紋滲透下來(lái)時(shí),可以被排出。碎石化下面15 cm～20 cm是密封的,即上層來(lái)的水不會(huì)滲入到底基層和路基。

7 結(jié)語(yǔ)

1)共振碎石化技術(shù)是對(duì)舊水泥混凝土路面改造的一種新技術(shù),施工程序簡(jiǎn)便,交通干擾小,可明顯縮短施工周期,使現(xiàn)場(chǎng)由于施工造成的交通影響降到最低。2)通過(guò)共振碎石化施工,使舊路面板被破碎為最大粒徑小于23 cm的混凝土塊,破碎顆粒相互嚙合或呈“鋸齒”狀,使原路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度能夠最大程度地保持。3)共振碎石化后的舊水泥混凝土路面可以直接用來(lái)作為新路面結(jié)構(gòu)層的基層,由于破碎粒徑小且均勻,其加鋪層不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的反射裂縫。因此,共振碎石化技術(shù)在舊水泥混凝土路面改造工程中的運(yùn)用前景十分廣闊。

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