葉 君 李 陽(yáng) 段石金

（浙江交工集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概述

水泥混凝土路面以其剛度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)公路路面形式中占有較大比重。然而，在水泥混凝土路面使用過(guò)程中，其受到車(chē)輛荷載的重復(fù)碾壓，將逐漸出現(xiàn)板體開(kāi)裂、板角斷裂等病害[1-2]。在水泥混凝土路面使用末期，路面病害已經(jīng)非常嚴(yán)重，采用其它道路養(yǎng)護(hù)措施已不能滿(mǎn)足路面使用性能時(shí)，必須對(duì)路面進(jìn)行破碎。破碎后可能的處理方式有兩種：一是原位利用，二是從原位移除。多錘頭碎石化技術(shù)是一種原位利用的路面改造方式，該方法是采用碎石化設(shè)備，如門(mén)刀式破碎機(jī)、共振式破碎機(jī)、多錘頭式破碎機(jī)等，將原水泥混凝土面板進(jìn)行機(jī)械破碎，并經(jīng)壓實(shí)后鋪筑上層結(jié)構(gòu)，恢復(fù)道路承載能力和表面功能[3-4]。在多種破碎方法中，多錘頭式破碎方法具有破碎效果好、效率高等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用[5]。已有研究表明，多錘頭碎石化法能有效防止反射裂縫，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，降低路面修復(fù)成本[6-8]。

對(duì)于碎石化技術(shù)的研究是工程實(shí)際的客觀需要。一是水泥混凝土路面發(fā)展和生存的需求；二是大量水泥混凝土路面改造和維修的迫切需要。水泥路面出現(xiàn)破壞后如何修復(fù)，是公路養(yǎng)護(hù)部門(mén)需要解決的重要問(wèn)題，也是我國(guó)水泥路面推廣和應(yīng)用所面臨的重大挑戰(zhàn)。近年來(lái)，水泥路面在高等級(jí)公路的應(yīng)用比例中趨于減少，碎石化技術(shù)為水泥混凝土路面的維修和改建提供新技術(shù)的同時(shí)，也解除了廣大技術(shù)人員建設(shè)水泥路面的后顧之憂(yōu)，為其進(jìn)一步推廣和應(yīng)用拓展了空間。無(wú)論是從路網(wǎng)建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)，還是從經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈的高效運(yùn)營(yíng)、資源的循環(huán)再生利用上看碎石化技術(shù)都有著極為重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義，具有廣闊的應(yīng)用前景和利用價(jià)值。

2 強(qiáng)度形成機(jī)理

采用多錘頭碎石化法對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行處理時(shí)，多錘頭破碎機(jī)的破碎頭對(duì)老舊水泥混凝土面板進(jìn)行沖擊破碎，在沖擊波的作用下，水泥混凝土面板發(fā)生破碎。以有的研究和工程實(shí)踐都已經(jīng)表明，老舊水泥混凝土面板經(jīng)碎石化處治后，其破碎層可以依據(jù)顆粒粒徑和其嵌擠作用的差異性被劃分為三個(gè)層位，即表面松散層、上層和下層結(jié)構(gòu)[9-10]。表面松散層收到的沖擊作用最大，原混凝土材料通常被破碎為粒徑不超過(guò)7.5cm的顆粒材料。松散層的材料強(qiáng)度主要來(lái)源于破碎混凝土顆粒間的嵌擠作用。由于松散層的水泥混凝土顆粒的針片狀顆粒含量較高，雖然能夠形成一定的嵌擠作用，但這種嵌擠作用并不足以是破碎后的混凝土路面行車(chē)足夠的強(qiáng)度和承載能力，因此往往需要采用Z型壓路機(jī)對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步壓密。

3 碎石化施工工藝

3.1 水泥混凝土面板破碎

首先，多錘頭破碎機(jī)械在破碎老舊水泥面板前要確定破碎錘的破碎點(diǎn)，一般錘距為50cm左右。路面破碎的形狀必須成“鋸齒”拼圖狀，所有的碎粒處于互相嚙合，未被打亂的狀態(tài)，這樣可使交通負(fù)荷向更大的范圍分散；碎粒共同“工作或彎曲”，將負(fù)荷分散到更大的范圍。破碎的混凝土的固定方法是用重型靜碾壓路機(jī)碾壓，以重型輪胎壓路機(jī)為首選，因?yàn)殇撦唹郝窓C(jī)或振動(dòng)壓路機(jī)在碾壓時(shí)接觸面不均勻，尤其是振動(dòng)壓路機(jī)會(huì)使一些小型碎塊下沉，造成破碎塊體更加松動(dòng)而不能起到固定作用。采用50T的重型輪胎式壓路機(jī)碾壓幾遍的固定方法對(duì)破碎的混凝土碾壓。對(duì)于一些破碎后產(chǎn)生的混凝土過(guò)分剝落、形成縫隙較大的部分，采用砂漿灌漿及封漿處理，以保證加鋪結(jié)構(gòu)層以下沒(méi)有空洞。破碎與固定同步進(jìn)行：同步進(jìn)行主要是利用重型輪胎式壓路機(jī)對(duì)水泥板進(jìn)行碾壓，使舊水泥板完全破碎并與下步結(jié)構(gòu)層充分接觸，同時(shí)保證水泥混凝土板體保留大部分強(qiáng)度。利用壓路機(jī)本身的重力及工作時(shí)的沖擊力來(lái)完成的，利用大的沖壓力將水泥混凝土面板壓裂并將板體壓實(shí)以起固定作用。指標(biāo)控制一般采用高差控制，高差的控制方法是在施工前，每車(chē)道50米確定一點(diǎn)測(cè)定其高程，施工時(shí)每碾壓5遍測(cè)一次，當(dāng)前后兩次高差小于5mm時(shí)，即認(rèn)為破碎并碾壓密實(shí)。

3.2 破碎后層位處理

由于在老舊水泥混凝土面板破碎過(guò)程中，不可避免地在表面會(huì)產(chǎn)生一些松散混凝土顆粒材料，這些松散的顆粒如不進(jìn)行清除，在鋪筑上層結(jié)構(gòu)后，會(huì)在上層結(jié)構(gòu)與碎石化層中間形成松散夾層，易誘發(fā)上層結(jié)構(gòu)發(fā)生位移，從而影響其耐久性。因此，在鋪筑上層結(jié)構(gòu)前，應(yīng)對(duì)碎石化層表面松散顆粒、灰塵等進(jìn)行清除。此外，雖然破碎后的水泥混凝土面板表面并不平整，但不應(yīng)對(duì)碎石化層表面不應(yīng)過(guò)度修整，這是由于對(duì)碎石化層表面過(guò)度修整會(huì)影響原混凝土顆粒間的嵌擠作用，從而破壞層位穩(wěn)定性。但對(duì)于超過(guò)5cm的表層凹陷，可用密集配碎石材料進(jìn)行回填，并進(jìn)行壓實(shí)。除此之外，對(duì)于非全幅破碎的水泥混凝土路面而只對(duì)一個(gè)車(chē)道寬度進(jìn)行破碎時(shí)，破碎寬度應(yīng)寬于一個(gè)車(chē)道，以寬于一個(gè)車(chē)道不少于15cm為宜。最后，在進(jìn)行上層結(jié)構(gòu)攤鋪時(shí)，應(yīng)注意減少施工車(chē)輛的通行次數(shù)和載重量，避免通行的施工車(chē)輛對(duì)破碎層形成過(guò)渡擾動(dòng)，繼而破壞原有破碎層的穩(wěn)定性。如施工車(chē)輛已經(jīng)對(duì)原碎石層產(chǎn)生了明顯擾動(dòng)，應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二次壓實(shí)，以保障其穩(wěn)定性。

4 多錘頭碎石化機(jī)械特點(diǎn)及適用性分析

4.1 多錘頭碎石化機(jī)械特點(diǎn)

多錘頭碎石化機(jī)械一般簡(jiǎn)稱(chēng)MHB（Multiple Hearl Breaker 的英文縮寫(xiě)），其主要由定量泵、插裝閥、單作用液壓缸、工作錘頭架和錘頭組成[10]，并且一般采用柴油驅(qū)動(dòng)。對(duì)老舊水泥混凝土面板進(jìn)行破碎主要依靠錘頭對(duì)面板的錘子作用產(chǎn)生。在MHB 后排一般設(shè)置有兩排工作錘頭，不同型號(hào)的MHB 的錘頭質(zhì)量有所差異，一般在400kg 以上。在工作時(shí)，錘頭被液壓系統(tǒng)提升至一定高度后釋放，并借助自身重量對(duì)面板進(jìn)行錘擊，每次錘擊可產(chǎn)生約1.38-11.1kJ 沖擊能量。錘頭的提升高度一般可以通過(guò)試驗(yàn)確定，依據(jù)機(jī)械型號(hào)、施工路段的混凝土面板厚度、強(qiáng)度確定適宜高度，以達(dá)到預(yù)期的破碎效果。此外，為防止擊起的水泥混凝土碎屑飛濺，一些MHB 設(shè)備還在下部設(shè)置有遮擋裝置。當(dāng)前，MHB 的破碎寬度均能完全覆蓋一個(gè)車(chē)道寬度。相對(duì)于單錘頭破碎設(shè)備，MHB 由于配備了多個(gè)錘頭，在破碎作業(yè)中，多個(gè)錘頭可以連續(xù)、均勻地對(duì)混凝土板進(jìn)行破碎，具有更為高效、平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)。相對(duì)于其他種類(lèi)的破碎設(shè)備，MHB 的優(yōu)勢(shì)主表表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，MHB 的沖擊功相對(duì)較小，能夠減小對(duì)面板下層結(jié)構(gòu)造成破壞；其次，其對(duì)混凝土面板的覆蓋面廣、作用力較為均勻，能夠保障不同位置的面板收到相近的錘擊力，繼而使破碎后的混凝土顆粒具有更為穩(wěn)定的粒徑；再次，MHB 施工過(guò)程中噪音相對(duì)較小，能夠減小對(duì)周?chē)h(huán)境造成噪聲污染；最后，通過(guò)調(diào)整破碎參數(shù)，可以有效調(diào)整MHB 的破碎深度，達(dá)到更理想的破碎效果。

4.2 多錘頭碎石化法適用性

由于采用多錘頭碎石化法進(jìn)行老舊水泥混凝土面板破碎是將原有水泥混凝土面板的強(qiáng)度進(jìn)行破壞，并由破碎后的不同粒徑的混凝土顆粒間的嵌擠作用形成新的強(qiáng)度。因此，雖然多錘頭碎石化方法具有一系列優(yōu)點(diǎn)，但也應(yīng)注意其適用性?？偨Y(jié)已有的研究和工程實(shí)踐，可知多錘頭碎石化法主要適用于以下情況：

1、原水泥混凝土面板已經(jīng)產(chǎn)生了大量網(wǎng)裂、龜裂病害，其板體間的連續(xù)性已經(jīng)產(chǎn)生不可逆的破壞。此時(shí)，由于原有的水泥混凝土面板的連續(xù)性已經(jīng)被破壞，通過(guò)碎石化方法可以使面板被破碎成均勻顆粒，從而形成嵌擠而重新獲得強(qiáng)度。

2、水泥混凝土出現(xiàn)堿-骨料反應(yīng)，其他方法已經(jīng)難以對(duì)其進(jìn)行處治。出現(xiàn)堿-骨料反應(yīng)后，骨料與水泥之間產(chǎn)生不可逆的反應(yīng)，繼而造成混凝土松散，水泥喪失膠結(jié)能力。此時(shí)，采用碎石化法進(jìn)行處治后，其強(qiáng)度主要來(lái)源于顆粒之間的嵌擠作用，從而減小對(duì)水泥膠結(jié)能力的需求。

3、出現(xiàn)較大面積的斷板、錯(cuò)臺(tái)、翻漿等病害，面板與面板之間，或面板與下層結(jié)構(gòu)之間連續(xù)性遭到破壞。

4、原水泥混凝土面板面臨較大范圍的維修需求，一般超過(guò)20%。由于此種情況下，面板之間連續(xù)性差，采用注漿等方法已經(jīng)難以對(duì)已有病害產(chǎn)生有效處治，或處治成本高昂，則可采用碎石化方法減小處治成本。

5 結(jié)論

本文取得的主要結(jié)論包括：

（1）水泥混凝土面板經(jīng)碎石化處理后將分為表面松散層、上層和下層結(jié)構(gòu)。

（2）表面松散層強(qiáng)度較低，多需采用Z 型壓路機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步壓密；上層結(jié)構(gòu)上層結(jié)構(gòu)的顆粒間具有較大的移動(dòng)阻力，從而有效形成了該層位的強(qiáng)度；下層結(jié)構(gòu)中，破碎后的塊體之間產(chǎn)生了“連鎖咬合”作用，該作用能夠?qū)⑸蠈雍奢d傳遞的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较虻耐茢D力，從而使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定。

（3）在鋪筑上層結(jié)構(gòu)前，應(yīng)對(duì)碎石化層表面松散顆粒、灰塵等進(jìn)行清除，并對(duì)超過(guò)5cm的表層凹陷用密集配碎石材料進(jìn)行回填后壓實(shí)；對(duì)于非全幅破碎的水泥混凝土路面而只對(duì)一個(gè)車(chē)道寬度進(jìn)行破碎時(shí)，破碎寬度應(yīng)寬于一個(gè)車(chē)道，以寬于一個(gè)車(chē)道不少于15cm為宜；在進(jìn)行上層結(jié)構(gòu)攤鋪時(shí)，應(yīng)注意減少施工車(chē)輛的通行次數(shù)和載重量，避免通行的施工車(chē)輛對(duì)破碎層形成過(guò)渡擾動(dòng)，繼而破壞原有破碎層的穩(wěn)定性。如施工車(chē)輛已經(jīng)對(duì)原碎石層產(chǎn)生了明顯擾動(dòng)，應(yīng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行二次壓實(shí)，以保障其穩(wěn)定性。

（4）多錘頭碎石化設(shè)備具有破碎效率高、工作穩(wěn)定、破碎滲透可控等優(yōu)點(diǎn)。

（5）歸納總結(jié)了多錘頭碎石化法的適用條件。