廖 新

（廣西壯族自治區(qū)浦北公路管理局，廣西 浦北535300）

0 引言

由于廣西地區(qū)具有豐富的石灰?guī)r礦藏，因此以石灰?guī)r為主的水泥路面在廣西國省道的建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著交通行業(yè)的發(fā)展，交通通行量尤其是重載車輛通行量與日俱增，部分早期修筑的水泥混凝土道路由于損壞或接近設(shè)計(jì)年限已明顯不能滿足行車需求。舊水泥路面多錘頭碎石化技術(shù)作為一種經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性兼具的處理方案，十分契合國省道大修的需求［1］［2］。

但多錘頭碎石化技術(shù)在國內(nèi)研究與應(yīng)用的時(shí)間較短，并沒有特定規(guī)范可供查閱，施工人員只能通過設(shè)計(jì)文件上簡短的施工建議進(jìn)行施工指導(dǎo)，更多時(shí)候施工人員只能根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)確定施工參數(shù)、指導(dǎo)操作人員進(jìn)行破碎操作。本文依托S217線浦北段大修工程，對多錘頭碎石化技術(shù)特點(diǎn)、影響因素以及質(zhì)量控制等方面進(jìn)行了研究，分析了多錘頭碎石化技術(shù)在養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用，對國省道養(yǎng)護(hù)工作具有一定指導(dǎo)意義。

1 多錘頭碎石化技術(shù)特點(diǎn)及適用性分析

1.1 多錘頭碎石化特點(diǎn)

多錘頭碎石化技術(shù)，其工作實(shí)質(zhì)是以削弱舊混凝土路面板的部分結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性為代價(jià)，擴(kuò)散應(yīng)力以消除局部應(yīng)力集中，減低差異沉降使其達(dá)到基層設(shè)計(jì)允許的范圍，以此來減少和延緩產(chǎn)生的反射裂縫，為加鋪層提供堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層面［3］。破碎后的水泥路面粒徑自上而下逐漸增大，顆粒之間形成嵌擠結(jié)構(gòu)，有效強(qiáng)化路基，防止“白改黑”后的反射裂縫問題，延長路面的使用壽命。多錘頭碎石化技術(shù)綜合造價(jià)低，施工簡便，改造周期短，在施工期間交通封閉時(shí)間短，把對人們通行的影響減少到最低程度。

在破碎的過程中需要考慮破碎程度對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的影響。為保證改建路面達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)強(qiáng)度必然會導(dǎo)致加鋪層厚度增加，不夠經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也可能由于過度破碎，致使承載能力較弱的地基在過度壓實(shí)的過程中達(dá)到其最大抗剪強(qiáng)度失去穩(wěn)定而破壞，或者使破碎路段底下及附近敏感設(shè)施遭到破壞。需要在有效防止反射裂縫的產(chǎn)生與保證路面結(jié)構(gòu)具備足夠強(qiáng)度之間找到平衡點(diǎn)，使破碎后的路面既能有效防止反射裂縫的產(chǎn)生又能充分利用原路面的強(qiáng)度［4］［5］，如圖1所示。

研究表明：破碎后的有效彈性模量與破碎后的各層顆粒粒徑有著密切的關(guān)系，此時(shí)就需要把各層破碎粒徑控制在一個(gè)有效的區(qū)域內(nèi)［4］［5］。在眾多研究及工程應(yīng)用中，使用如表1所示的破碎粒徑范圍，兼顧了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與防反射裂縫的要求。

表1 碎石化后的粒徑范圍表

1.2 路面碎石化適用性分析

在進(jìn)行碎石化施工前，需要對路段進(jìn)行全面調(diào)查，掌握路段的結(jié)構(gòu)形式及路基情況，計(jì)算基層所受的最大壓（拉）應(yīng)力，保證基層強(qiáng)度滿足莫爾－庫倫定理破壞條件，即碎石化過程中產(chǎn)生的剪應(yīng)力應(yīng)小于路基抗剪強(qiáng)度，路基不會發(fā)生剪切破壞，破碎技術(shù)在此種情況下才能適合使用［6］。

對于一般路段而言，在計(jì)算分析基層強(qiáng)度后，可以確定碎石化的應(yīng)用。而對于下穿涵洞、管道等位置，需要進(jìn)行針對性分析。為了保證碎石化過程中管涵結(jié)構(gòu)不受影響，一般運(yùn)用分布角法計(jì)算重錘夯擊時(shí)擊打力的擴(kuò)散。在碎石化作業(yè)中，首先在保證路基不發(fā)生剪切破壞的同時(shí)保證路基底部埋設(shè)涵洞等構(gòu)造物不被擴(kuò)散應(yīng)力破壞，水泥混凝土路面板仍可達(dá)到符合要求的破碎程度，即該路段碎石化施工既能保證一定的消除反射裂縫能力，又可使路基被重新夯實(shí)而不至于失穩(wěn)破裂時(shí)，該路段可以作碎石化施工［6］。

2 多錘頭碎石化施工控制及質(zhì)量檢測

2.1 多錘頭碎石化影響因素分析

在碎石化施工中落錘高度、錘擊距離這兩個(gè)參數(shù)對破碎效果影響較大。落錘高度影響路面所受錘擊功的大小，而錘擊距離則影響單位面積錘擊力的分布，進(jìn)而影響破碎后路面的力學(xué)性能。為了分析落錘高度和錘擊距離的影響，選取試驗(yàn)段進(jìn)行試驗(yàn)研究。

為了使試驗(yàn)結(jié)果具有一般性，選取的是路面狀況中等的K60＋100～K60＋300右幅，此段無下穿管涵等結(jié)構(gòu)。設(shè)定破碎機(jī)行進(jìn)速度為130m／h，調(diào)整落錘高度及錘擊距離參數(shù)。各種組合在試驗(yàn)段的分布如表2所示：

表2 破碎效果影響試驗(yàn)段布置情況表

2.1.1 施工參數(shù)對破碎粒徑的影響

多錘頭破碎效果的直接表現(xiàn)就是舊水泥面板的破碎情況。由于破碎后的面板具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此在檢測過程中僅開挖一處，其余通過裂隙觀察破碎情況。通過對試驗(yàn)段的檢測，可以發(fā)現(xiàn)：在破碎機(jī)的作用下，水泥板被破碎成上層松散層和下層碎裂層，隨落錘高度的增大，面板松散層的厚度及碎化程度增大；隨錘擊距離的增大，面板松散層的厚度及碎化程度減小。

2.1.2 施工參數(shù)對板體承載力的影響

不同的錘擊功和錘擊力的分布對路面的承載力同樣具有顯著影響。分別測試不同組合參數(shù)下路面回彈模量（每個(gè)試驗(yàn)路段檢測3個(gè)點(diǎn)），以此分析施工參數(shù)的影響。

將不同落錘高度下試驗(yàn)段的檢測結(jié)果繪入圖2、圖3，分析圖中數(shù)據(jù)可知：

圖2 不同落錘高度破碎層回彈模量關(guān)系圖

圖3 不同落錘高度破碎層強(qiáng)度均勻性關(guān)系圖

（1）隨著落錘高度的提高，回彈模量逐漸趨于穩(wěn)定，115cm和120cm落錘高度時(shí)，回彈模量相差不大；

（2）所有試驗(yàn)段的回彈模量的不均勻性都偏大，且變異系數(shù)隨落錘高度增加而增大。這是由于隨著松散層碎化程度增加，測試結(jié)果變異性增大，同時(shí)測點(diǎn)較少也是影響變異性的重要因素。

（3）在碎石化過程中，局部脫空、翻漿、水損的面板會被碎塊填實(shí)，進(jìn)而提高局部強(qiáng)度，因此為了保證對病害處的填實(shí)性，需要盡量增大錘擊功（提升落錘高度）。

將不同落錘間距下試驗(yàn)段的檢測結(jié)果繪入圖4、圖5，分析圖中數(shù)據(jù)可知：

圖4 不同落錘間距破碎層頂面回彈模量關(guān)系圖

圖5 不同落錘間距破碎層頂面強(qiáng)度均勻性關(guān)系圖

（1）碎石化層頂面回彈模量隨落錘間距增大而增大。落錘間距為6cm、9cm時(shí)，二者的平均回彈模量接近，這表明當(dāng)落錘間距小于一定值時(shí)，面板表面全部成為松散層，表面強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。

（2）當(dāng)落錘間距較小時(shí)，面板表面碎化程度較大，導(dǎo)致破碎后強(qiáng)度大幅降低，為了保證破碎后的強(qiáng)度和破碎的均勻性，需要一個(gè)合適的落錘間距，從測試結(jié)果來看，當(dāng)落錘間距為10cm左右時(shí)，可以兼顧強(qiáng)度與均勻性的要求。

（3）當(dāng)落錘間距大于一定值時(shí)，面板表面開始出現(xiàn)局部未破碎的情況，進(jìn)而影響到回彈模量測試結(jié)果的變異性。

因此在進(jìn)行破碎施工時(shí)，既要確保面板表層全部破碎為松散層，又要保證面板破碎后具有較高的強(qiáng)度。根據(jù)試驗(yàn)段的影響因素分析，在接下來的施工中，推薦選擇落錘高度為110cm，落錘間距為10cm。

2.2 試驗(yàn)段施工及質(zhì)量檢測

試驗(yàn)段選擇樁號為K61＋500～K61＋700段右幅，全長200m，試驗(yàn)路段下無涵洞、管線等構(gòu)造物。試驗(yàn)段作業(yè)參數(shù)：選擇落錘高度為110cm，落錘間距為10cm，施工寬度為450cm，破碎速度為130m／h。路面破碎后清除填隙物，采用Z型振動(dòng)壓路機(jī)進(jìn)行振動(dòng)碾壓，以5km／h的速度壓實(shí)遍數(shù)為1～2遍。

2.2.1 施工控制在碎石化施工過程中主要注意如下控制事項(xiàng)：（1）破碎作業(yè)時(shí)應(yīng)先破碎路面兩側(cè)的車道，再進(jìn)行中部的行車道破碎；

（2）為了保證破碎效果，縱向相鄰板塊之間需要有約10cm的重疊破碎寬度；

（3）對于碎石化作業(yè)完成后遇雨天致使出現(xiàn)坑洼現(xiàn)象的，必須采用回填石屑等方法改善坑洼現(xiàn)象。

2.2.2 施工質(zhì)量檢測

破碎完成后，開挖抽檢試驗(yàn)段破碎效果和最終碾壓效果。

碎石化施工前，采用貝克曼梁法對原路面進(jìn)行彎沉檢測。為了消除表面顆粒的影響，在碎石化施工完成24h后，再進(jìn)行彎沉檢測，結(jié)果如表3所示。碎石化試驗(yàn)段檢測結(jié)束后，開挖試坑，進(jìn)行粒徑檢測，結(jié)果如表4所示。

表3 彎沉檢測表

表4 破碎粒徑檢測表

檢測結(jié)果表明，破碎后路面粒徑和彎沉均滿足設(shè)計(jì)要求，通過對比破碎前后的彎沉檢測數(shù)據(jù)，分析可知：碎石化后的路面彎沉平均值有一定的提高，但是代表值及標(biāo)準(zhǔn)差顯著降低，這表明隨著施工作業(yè)的進(jìn)行，路面整體均勻性明顯改善。

3 結(jié)語

本文依托S217線浦北段水泥路面大修工程，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于碎石化技術(shù)的成果，對多錘頭碎石化技術(shù)在養(yǎng)護(hù)工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。多錘頭碎石化技術(shù)的工作實(shí)質(zhì)是以犧牲一部分結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和整體性為代價(jià)，消除局部集中應(yīng)力，減少反射裂縫的產(chǎn)生，因此需要合理控制破碎粒徑。本文還探討了碎石化技術(shù)的適用性，分析了影響碎石化效果的因素，提出了針對性的碎石化施工參數(shù)，并進(jìn)行了試驗(yàn)段的施工研究，可為今后類似工程實(shí)踐提供參考。