盧明全 郭敏敏 曠小軍 姚亞軍

1 武警水電二總隊(duì)八支隊(duì)，福建 廈門(mén) 361000 2 長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710061 3 武警水電一總隊(duì)，廣西 南寧 530021

路面破碎技術(shù)在舊水泥路面改造中的應(yīng)用

盧明全1郭敏敏2曠小軍2姚亞軍3

1 武警水電二總隊(duì)八支隊(duì)，福建 廈門(mén) 361000 2 長(zhǎng)安大學(xué)，陜西 西安 710061 3 武警水電一總隊(duì)，廣西 南寧 530021

針對(duì)目前我國(guó)舊混凝土路面改造中存在的問(wèn)題，借鑒國(guó)外混凝土路面破碎技術(shù)，研究舊水泥混凝土路面改造中使用的幾種不同沖擊破碎技術(shù)的特點(diǎn)和施工要點(diǎn)和質(zhì)量控制，為舊水泥混凝土路面的修復(fù)改造中破碎技術(shù)的選取提供依據(jù)。

路面破碎技術(shù)；沖擊破碎；共振破碎；舊水泥路面；路面改造

概述

從上世紀(jì)70年代開(kāi)始，由于我國(guó)國(guó)力等情況,許多城市道路尤其是南方的許多省際干線公路都建成了造價(jià)相對(duì)便宜的水泥混凝土路面。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)大發(fā)展帶來(lái)的重交通負(fù)荷沖擊和混凝土路面使用壽命的到來(lái)，混凝土路面幾乎都出現(xiàn)了斷板、錯(cuò)板、裂縫、剝落、坑洞等損害，并且隨著使用年限的遞增破損面積逐年上升，難以承擔(dān)路網(wǎng)中的高等級(jí)公路之重任，另外在新建公路的同時(shí)也必然要對(duì)占用路網(wǎng)計(jì)劃的舊的混凝土路面干線公路進(jìn)行改造，如何翻修已成為公路部門(mén)必須面對(duì)和解決的技術(shù)問(wèn)題。

1 水泥路面的翻修改造方法

從目前國(guó)內(nèi)外的實(shí)際情況來(lái)看，水泥路面的翻修改造主要有以下兩種。

1.1 早期不徹底的水泥路面改造方法

早期的水泥路面改造工程主要是對(duì)舊面面層做一些拉毛處理后直接加鋪一層新的水泥混凝土或加鋪瀝青混凝土（白改黑）。然而由于舊水泥面板的預(yù)留接縫、裂縫、坑洞、脫邊、板底空洞造成的不穩(wěn)定性等病害的存在使得改造后的路面整體強(qiáng)度大打折扣。新舊面層在車輛載荷的連續(xù)沖擊下,舊面板病害處的承載力會(huì)突然降低造成應(yīng)力集中而反射到上面，使加鋪的新面出現(xiàn)載荷型反射裂縫；同時(shí)由于溫度變化，造成兩層材料的脹縮效應(yīng)，出現(xiàn)差異溫度應(yīng)力在下層裂縫處得不到連續(xù)，使得上層產(chǎn)生應(yīng)力集中造成溫度脹縮型反射裂縫。因?yàn)榕f面板各種病害的存在，必然會(huì)慢慢地延伸到加鋪層上，且舊面板下存在的空洞，強(qiáng)度不均等情況，盡管可診斷處理但難以完全消除面板下的隱患新路通車后，也會(huì)慢慢地對(duì)整個(gè)路面產(chǎn)生影響。所以對(duì)破壞不太嚴(yán)重、溫差不大、交通載荷較小的路面，采取這種方法尚可，但對(duì)損壞較嚴(yán)重的重交通、高速公路這樣的工藝很快就會(huì)使改造工程前功盡棄。如何才能使翻修改造后的路面使用壽命達(dá)到和新設(shè)計(jì)路面一樣的年限，而又能利用舊的水泥面板材料呢？破碎、碾壓、加鋪工藝是一種較理想的辦法。

1.2 水泥路面的破碎改造工藝

為徹底解決舊面板對(duì)新加鋪層的致命影響，只有將原有的舊水泥面板徹底打碎,完全消除原有路面存在的病害，釋放面板下空洞的隱患，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,才是舊水泥路面翻修改造的理想方法。它不但解決了舊面改造的質(zhì)量問(wèn)題，而且大大降低了工程的總費(fèi)用，節(jié)約了路基材料同時(shí)也解決了丟棄水泥碎塊垃圾的環(huán)保問(wèn)題。然而水泥面板的打碎說(shuō)來(lái)容易做起來(lái)難。破碎后的碎塊太大會(huì)引起更多的反射應(yīng)力太小又會(huì)降低作為基層的支撐強(qiáng)度。水泥面板的硬度本來(lái)就較大，破碎過(guò)程中就可能對(duì)原路基造成影響，且大面積的破碎工程施工速度和效率也是問(wèn)題。所以僅就水泥路面的破碎技術(shù)，人們已進(jìn)行了許多研究。破碎工藝、破碎設(shè)備、施工方法等都隨著水泥路面的改造歷程而發(fā)展更新。

2 目前混凝土路面改造中使用的沖擊破碎技術(shù)

本文就舊水泥混凝土路面改造中使用的幾種不同沖擊破碎技術(shù)的特點(diǎn)和施工要點(diǎn)和質(zhì)量控制做簡(jiǎn)要的論述。目前混凝土路面改造中使用的沖擊破碎技術(shù)主要有：MHB多錘頭破碎技術(shù)；RMI共振破碎技術(shù)；門(mén)板式打裂壓穩(wěn)技術(shù)；沖擊壓實(shí)技術(shù)。

2.1 MHB多錘頭破碎技術(shù)

采用的多錘頭自動(dòng)破碎機(jī)后部配備2排成隊(duì)錘頭，可在設(shè)備全寬范圍內(nèi)進(jìn)行連續(xù)破碎，破碎后的料塊粒徑自上而下逐漸增大，上部小顆粒經(jīng)壓實(shí)后形成平整表面易于攤鋪，下部大顆粒之間形成嵌擠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比一般的粒料基層高得多，經(jīng)壓實(shí)并撒布透層油后在上面鋪筑瀝青混合料面層，施工見(jiàn)圖1，施工質(zhì)量,控制指標(biāo)見(jiàn)表1。

多錘頭式破碎機(jī)對(duì)路面的沖擊能量非常大，擊打能力很強(qiáng)，可將厚厚的水泥面板一次擊開(kāi)。但會(huì)直接破壞原有路基的平整度和密實(shí)度的均勻性，如路基下有管線等設(shè)施也會(huì)對(duì)其造成直接影響。產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊波很大，一般施工點(diǎn)周圍20米內(nèi)不能有振動(dòng)敏感型建筑物。另外施工噪音非常高,不但工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且形成噪音污染。從破碎質(zhì)量上看靠重力砸擊路面很難一次將水泥面板打碎。雖然可反復(fù)工作或利用大噸位振動(dòng)式壓路機(jī)配合進(jìn)一步碾碎但還是難以將水泥面板擊碎到理想的尺寸，并存在埋在下面的較大未碎塊頭難以處理。

圖1 大型多錘式破碎機(jī)

實(shí)踐證明，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，即越容易引起反射裂縫，破碎后的碎塊尺寸越小，引起反射裂縫的幾率就越小，但其對(duì)路面的支撐強(qiáng)度也會(huì)變小，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2所示。根據(jù)美國(guó)RMI公司的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，舊面破碎后的碎塊尺寸在3～8英寸（8～20厘米）之間時(shí),可取得較為理想的效果。從圖2中可看出正是兩個(gè)曲線的交叉點(diǎn)附近。重錘沖擊式破碎方法難以將舊面板打碎到這樣的尺寸范圍內(nèi)。

圖2 碎石尺寸與反射裂縫和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度之間的關(guān)系

表1 多錘頭破碎技術(shù)施工質(zhì)量控制指標(biāo)

2.2 RMI共振破碎技術(shù)

上世紀(jì)末,美國(guó)共振機(jī)器公司率先研制出了共振式破碎設(shè)備，它的出現(xiàn)使水泥路面破碎改造工藝實(shí)現(xiàn)了新的突破。

2.3 共振破碎原理

共振式破碎設(shè)備是利用振動(dòng)梁帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng)，錘頭與路面接觸。錘頭的振動(dòng)頻率約44HZ左右，振幅為20mm。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)其共振即可輕而易舉地將水泥混凝土面板擊碎。其原理圖如圖3所示。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。共振式破碎設(shè)備同時(shí)還可控制被擊碎的碎塊粒度和破碎深度。共振破碎施工見(jiàn)圖4，施工質(zhì)量控制指標(biāo)見(jiàn)表2。

圖3 共振破碎機(jī)錘頭工作原理圖

圖4 共振破碎施工圖

表2 共振破碎技術(shù)施工質(zhì)量控制指標(biāo)

2.4 共振破碎的特點(diǎn)

（1）破碎后的碎石尺寸理想均勻

由于共振破碎力發(fā)生在整個(gè)水泥板塊厚度范圍內(nèi)，能使板塊較均勻地分裂,通過(guò)微調(diào)振動(dòng)頻率，改變振動(dòng)的力度可使破碎后的碎塊尺寸達(dá)至3～8英寸（8～20cm）的較理想尺寸。

（2）破碎后的粒度上部較小下部較大

由于振動(dòng)力是由面板上部向下部傳遞的,振動(dòng)錘并不在一個(gè)點(diǎn)上連續(xù)振動(dòng)，而是快速向前移動(dòng)的,所以振動(dòng)在混凝土中存在衰減梯度，從而使上部的破碎粒度較小，下部的破碎粒度較大。這樣的結(jié)構(gòu)首先是小粒度可更好地消除反射裂縫，同時(shí)下部的較大的粒度提高了路基的承載能力，其次是上部小粒度有利于路面滲水的橫向排除，下部的大粒度又可起到阻止?jié)B水向下滲透的作用。

（3）破碎后的碎石紋路規(guī)則排列，并與路面形成35～40°夾角

共振破碎的工作錘頭在激發(fā)路面共振的同時(shí)，快速向前移動(dòng)沖擊的合力指向前下方，從而使振碎的裂紋與路面形成了一定的夾角。這一夾角可使碎石塊之間相互嵌合,經(jīng)壓實(shí)后相互嚙合得更緊，從而使碎石層起到更好的礫石穩(wěn)定層的作用。共振破碎機(jī)使碎石裂紋走向傾斜的示意圖如圖5所示。實(shí)際效果（截面）如圖6所示。

圖5 共振破碎頭使面板裂紋傾斜示意圖

圖6 共振破碎機(jī)破碎后的面板截圖

（4）破碎深度可控制不沖擊路基，保證路基下的管線設(shè)施完好無(wú)損

共振式破碎機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和振幅即可控制破碎的深度。因?yàn)樗窃谠噲D以接近混凝土的固有頻率而振動(dòng)，在發(fā)生共振的瞬間,錘頭就向前運(yùn)動(dòng)了,垂直向下的沖擊力很小,而且面板下邊的材料為非混凝土，不會(huì)與之共振，所以避免了對(duì)路基的沖擊。路基下的其他管線設(shè)施自然不會(huì)受到影響。路基不受沖擊，保持了原有的路基平整度和密實(shí)度的均勻性。

（5）振動(dòng)影響小,施工適應(yīng)范圍大

共振破碎技術(shù)是工作頭與局部水泥板塊之間的振動(dòng),高頻低幅振動(dòng)波衰減很快，傳遞范圍很小,一般不會(huì)影響到施工點(diǎn)附近2～3米外的構(gòu)件。所以，共振動(dòng)破碎技術(shù)的應(yīng)用范圍比較廣，市政、機(jī)場(chǎng)、港口、重要設(shè)施附近的公路等對(duì)振動(dòng)級(jí)別有要求的地方，采用共振技術(shù)可很好的解決問(wèn)題。

2.5 門(mén)板式打裂機(jī)壓穩(wěn)技術(shù)

該機(jī)裝配有寬度為2.5米的板式?jīng)_擊錘，錘頭重5噸，具備足夠的能量使混凝土路面產(chǎn)生全深度的開(kāi)裂。打裂時(shí)要控制落錘提升高度不宜過(guò)高或過(guò)低，過(guò)高時(shí)沖擊力太大，易使路面板因嚴(yán)重破裂而產(chǎn)生過(guò)大的位移，出現(xiàn)大量的碎屑，過(guò)低則達(dá)不到打裂效果。破碎后路段不得開(kāi)放交通。施工質(zhì)量控制指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 門(mén)板式打裂壓穩(wěn)施工質(zhì)量控治指標(biāo)

2.6 沖擊壓實(shí)技術(shù)

采用多邊形鋼輪沖擊壓實(shí)機(jī)，可在擊碎舊路面板的同時(shí)將其夯實(shí)穩(wěn)固到基層上，即破碎與穩(wěn)固同步進(jìn)行，從而使原有路面結(jié)構(gòu)成為新鋪層的良好支承，并避免其出現(xiàn)反射裂縫。施工質(zhì)量控制指標(biāo)見(jiàn)表4。沖擊壓實(shí)機(jī)一改傳統(tǒng)光輪壓路機(jī)的圓形鋼輪為多邊形，當(dāng)機(jī)器行走時(shí)，在輪面與地面間摩擦阻力的作用下，輪軸反復(fù)抬升和落下，使鋼輪沖擊夯壓地面。在沖擊壓實(shí)過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)局部路段出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象，應(yīng)停機(jī)檢查。確認(rèn)后應(yīng)把“彈簧”層挖除，然后回填碎石、石渣，找平后用傳統(tǒng)壓實(shí)機(jī)具分層壓實(shí)，再用沖擊壓實(shí)機(jī)械補(bǔ)壓同樣遍數(shù)，以避免與非挖填路段之間產(chǎn)生沉降差異。沖擊壓實(shí)后的路面在攤鋪完瀝青混合料面層之前不允許開(kāi)放交通，施工過(guò)程中如下雨，應(yīng)立即停止作業(yè)并做好作業(yè)區(qū)遮蓋工作，防止雨水滲入路床。

表4沖擊壓實(shí)技術(shù)施工質(zhì)量控制指標(biāo)

3 結(jié)論

1）舊混凝土路面的改造，采用新的破碎技術(shù)對(duì)舊路面板進(jìn)行破碎后，可直接作為路面基層，施工效率高，節(jié)約資源，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

2）MHB多錘頭破碎技術(shù)適用于施工點(diǎn)周圍20米內(nèi)沒(méi)有振動(dòng)敏感型建筑物，而且路面質(zhì)量等級(jí)要求不高的水泥混凝土路面改造中；共振破碎技術(shù)適用于市政、機(jī)場(chǎng)、港口、重要設(shè)施附近的公路等對(duì)振動(dòng)級(jí)別有要求的地方，對(duì)噪音要求小的居住區(qū)，以及不能斷絕交通的路面改造中；沖擊破碎技術(shù)適用于舊水泥混凝土路面板破損嚴(yán)重、且舊路基及基層較差的水泥混凝土路面改造，能為新加鋪層形成穩(wěn)固的支承體系。

[1]陳英輝,王一兵,賀 杰.破碎舊水泥路面的新機(jī)型[J].工程機(jī)械，2004,(9): 60～62.

[2]熊帆,黃曉明,賈 棟.碎石化技術(shù)在水泥砼老路改建中的應(yīng)用 [J].交通科技,2004,(6):52～54

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.035