摘要 碎石化技術(shù)是一種對舊水泥路面進行改造再利用的方法，多錘頭碎石化技術(shù)是其中一種，具有施工速度快、對環(huán)境和交通影響小等優(yōu)點?；诖?，文章從路面破壞條件、基層、路基、涵洞適用性四個方面分析了多錘頭碎石化技術(shù)在舊水泥路面改擴建工程中的適用性問題，并通過試驗驗證了其可行性，旨在為多錘頭碎石化施工提供參考。

關(guān)鍵詞 公路工程項目；舊水泥路面；碎石化技術(shù)；多錘頭破碎機

中圖分類號 U416.2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）13-0117-03

0 引言

碎石化技術(shù)是通過專用設(shè)備破碎舊水泥混凝土面板形成互相嵌鎖、嚙合的高強度粒料層，可有效消除反射裂縫，提高路面承載力。碎石化技術(shù)有多種形式，如共振碎石化、多錘頭碎石化、打裂壓穩(wěn)等，各有其特點和適用范圍。其中多錘頭碎石化技術(shù)是通過多個錘頭同時作用于舊水泥混凝土板塊，以高頻低振的方式進行小能量的破碎，使破碎后的碎石層呈現(xiàn)上部粒徑小、下部粒徑大的結(jié)構(gòu)，具有較好的抗彎拉強度和抗剪強度。該文從路面破壞條件、基層適用性、路基適用性和涵洞適用性四個方面進行了分析，并通過試驗驗證了多錘頭碎石化技術(shù)的可行性和優(yōu)越性[1]。

1 應(yīng)用多錘頭碎石化的路面破壞條件

并非所有舊水泥混凝土路面都適合采用多錘頭碎石化技術(shù)，應(yīng)用這一技術(shù)需滿足的條件如下：

（1）路面板斷板率超過15%，平均錯臺量大于4 mm，說明路面已嚴(yán)重?fù)p壞，需進行碎石化處理。斷板率是指路面板中有裂縫或缺損的比例[2]。

（2）路面出現(xiàn)翻漿、角隅破壞、錯臺等現(xiàn)象，說明路面結(jié)構(gòu)已失效，需進行修補或更換。

（3）利用多錘頭碎石化技術(shù)相比其方法的成本更低，如銑刨、拆除、覆蓋等方法[3]。

采用碎石化技術(shù)前，需深入調(diào)查路基及基層情況，確認(rèn)是否有裂縫、沉降、變形等問題，如有則需要及時修補加固，避免多錘頭碎石化施工加劇路面破壞。碎石化層可以作為基層或底基層，其表面需鋪設(shè)水泥混凝土或瀝青混凝土作為面層，以有效保證路面的平整度和耐久性。另外，如涵洞、橋梁、管線等交通設(shè)施地基相對軟弱，使用碎石化技術(shù)時需謹(jǐn)慎，避免多錘頭破碎機的沖擊力導(dǎo)致原有設(shè)施損壞[4]。

2 多錘頭碎石化對基層的適用性分析

多錘頭破碎機對路面的作用力遠(yuǎn)大于車輛荷載，因此，需考慮施工給基層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定帶來的不利影響。

2.1 基層抗彎拉強度試驗

該文采用三分點加載試驗方法對基層的抗彎拉強度進行評價，該方法能更準(zhǔn)確地反映基層的抗彎曲性能。制作若干個基層試件，用三分點加載試驗機開展抗彎拉強度試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，利用公式（1）計算了基層試件的抗彎拉強度：

式中，σt——基層試件的抗彎拉強度；P——三分點加載時的最大荷載；l——試件跨度；b——試件寬度；h——試件厚度。

混凝土的抗彎拉強度是反映其抗彎曲性能的重要指標(biāo)，需用專門試件進行試驗。《公路水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》規(guī)定了三種不同的試件尺寸，分別是100 mm

×100 mm×400 mm、150 mm×150 mm×550 mm、150 mm

×150 mm×600 mm。采用這三種尺寸中的一種進行抗彎拉強度試驗，以保證試驗規(guī)范性。試驗時需根據(jù)不同尺寸試件合理調(diào)整相應(yīng)的跨度和荷載[5]。

2.2 基層抗彎拉強度分析

開始多錘頭碎石化施工前先進行基層抗彎拉強度試驗分析，確定該方法是否適用。分析方法包括：

（1）利用有限元軟件模擬多錘頭破碎機對路面的作用，計算出最不利情況下的基層底部拉應(yīng)力。

（2）采用三分點加載試驗方法，制作并測試基層試件的抗彎拉強度。

（3）通過對拉應(yīng)力、抗彎拉強度判斷基層的比較分析，確定是否能夠承受多錘頭破碎機的作用，以確定多錘頭破碎技術(shù)是否適用。如抗彎拉強度大于計算拉應(yīng)力，則適用多錘頭破碎技術(shù)。

3 多錘頭碎石化對路基的適用性

公路工程中，路基不僅要承受自身重量，還要承受路面和車輛的荷載。因此，路基的力學(xué)性能很重要，其中一個重要的指標(biāo)是土的抗剪強度[6]。

3.1 莫爾-庫倫破壞準(zhǔn)則

土體抗剪強度是指試驗中土體發(fā)生剪切破壞時的剪應(yīng)力。土體是否發(fā)生剪切破壞取決于土體本身性質(zhì)以及土體的應(yīng)力狀態(tài)。因此，需要合理的破壞準(zhǔn)則來判斷土體是否發(fā)生剪切破壞。目前，比較常用的土體破壞準(zhǔn)則是莫爾-庫倫破壞準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則認(rèn)為土體發(fā)生剪切破壞時，其主應(yīng)力之差與主應(yīng)力之和之間存在一個線性關(guān)系。根據(jù)這個準(zhǔn)則，可以推導(dǎo)出土體的抗剪強度公式和安全系數(shù)公式。具體的計算過程見式（2）～（4）：

式中，σ——土體承受的法向應(yīng)力；φ——土體內(nèi)摩擦角；τ——土體承受的剪應(yīng)力；c——土體黏聚力，（砂土土體的c值為0）；σ1——土體第一主應(yīng)力值；σ3——土體第三主應(yīng)力值；τf ——土體抗剪強度值（kN/m2）。

3.2 土基抗剪強度試驗分析

在抗剪強度試驗中，通過黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ這兩個指標(biāo)主要依靠土的室內(nèi)剪切試驗和土體原位測試來確定?，F(xiàn)論述主要的測試儀器和常規(guī)試驗方法?？辜魪姸仁欠从惩恋目辜羟凶冃文芰Φ闹匾獏?shù)，一般用黏聚力、內(nèi)摩擦角表示，參數(shù)值可通過室內(nèi)剪切試驗與原位測試確定[7]。

3.2.1 直接剪切試驗

直接剪切試驗是指用直剪儀進行剪切試驗，如圖1所示。直剪儀可測量不同的法向應(yīng)力下試件的剪應(yīng)力和剪切變形。逐級施加法向應(yīng)力，逐漸提升剪應(yīng)力，直到試件破壞。其試驗數(shù)據(jù)繪制剪變形關(guān)系曲線，如圖2所示。改變法向應(yīng)力，重復(fù)上述過程得到不同法向應(yīng)力下的試件抗剪強度[8]。基于σ～τ坐標(biāo)系繪制抗剪強度曲線（即莫爾-庫倫破壞包絡(luò)線），如圖3所示。

直接剪切試驗點簡單易操作，設(shè)備不復(fù)雜。但試件剪應(yīng)力分布不均勻，排水條件難以控制，剪切面不穩(wěn)定。

3.2.2 三軸剪切試驗

三軸剪切試驗是用三軸儀進行試件剪切試驗，如圖4所示。

試驗時，為保證試件受到的周圍壓力σ3均勻不變，即使用橡膠膜將試件包裹后，放置在壓力室的底座上，并向壓力室內(nèi)注水，通過活塞桿向試件施加軸向壓力，直到試件發(fā)生破壞。當(dāng)試件破壞時，活塞桿的壓力為Δσ1，則試件的最大主應(yīng)力為σ1f =σ3+Δσ1，主應(yīng)力最小值為σ3f?；谥鲬?yīng)力最小值σ3f 和主應(yīng)力最大值σ1f 繪制莫爾圓。基于莫爾圓可得土基抗剪強度參數(shù)c、φ值，制作并測試3～4個試件，重復(fù)上述試驗過程，得到不同的莫爾圓[9]。根據(jù)土力學(xué)原理可求出土的黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ。

3.2.3 大型直剪試驗

大型直剪試驗適用于無法取得原狀試件的情況。大型直剪試驗是將現(xiàn)場取得的大塊土樣置于特制的剪切盒中，沿水平方向施加剪切力，測量其發(fā)生剪切破壞時的剪應(yīng)力和正應(yīng)力。大型直剪試驗的土樣尺寸較大，且在現(xiàn)場進行試驗，可以更好地反映工程實際情況。

3.3 路基抗剪強度分析

路基模量和荷載應(yīng)力為45 MPa、37.3 MPa時，通過ABAQUS有限元軟件模擬，計算路基中四種不同工況的應(yīng)力分布，結(jié)果如表1所示。

從表1中可以看出，工況四時路基中的最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力的差值最大，達(dá)到119 MPa，因此工況四是最不利工況，最容易導(dǎo)致路基破壞。為判斷路基是否能夠承受多錘頭破碎機的作用，需進行路基抗剪強度試驗，測得路基黏聚力和內(nèi)摩擦角的大小?；跍y量數(shù)據(jù)計算出路基的抗剪強度，比較分析路基抗剪強度與有限元計算得到的工況四下的剪應(yīng)力，如抗剪強度大于剪應(yīng)力，說明路基不會發(fā)生破壞，多錘頭碎石化技術(shù)適用，如抗剪強度小于剪應(yīng)力，說明路基可能發(fā)生破壞，多錘頭碎石化技術(shù)不適用[10]。

4 多錘頭碎石化對涵洞的適用性分析

使用多錘頭碎石化時需注意保護涵洞，避免破壞其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為此，需計算分析多錘頭碎石化作用下涵洞的結(jié)構(gòu)應(yīng)力和結(jié)構(gòu)位移。結(jié)構(gòu)應(yīng)力是指涵洞受到的內(nèi)部或外部力所產(chǎn)生的應(yīng)力；結(jié)構(gòu)位移是指涵洞受力后發(fā)生的形變或移動。如結(jié)構(gòu)應(yīng)力小于涵洞強度，說明涵洞可承受多錘頭破碎機的沖擊；如結(jié)構(gòu)應(yīng)力大于涵洞強度，說明涵洞可能發(fā)生破壞，需采取必要的保護措施。

5 結(jié)論

綜上所述，使用多錘頭碎石化技術(shù)前應(yīng)深入調(diào)查原路面狀況，確保該技術(shù)滿足使用條件，否則可能會造成原路面和周圍環(huán)境和設(shè)施的不必要破壞，影響工程的安全和質(zhì)量。如路面狀況不符合使用條件，禁止使用該技術(shù)。具體來說，多錘頭碎石化技術(shù)的適用性需考慮以下幾個方面：

（1）檢查原路面的破壞程度，確認(rèn)是否滿足使用條件。原路面板斷板率超過15%，且路面接縫修補超過20%時可使用多錘頭碎石化技術(shù)。

（2）檢測原路面下基層、路基的力學(xué)性能，確認(rèn)是否能夠承受多錘頭破碎機的作用。主要測量基層的抗彎拉強度、路基抗剪強度，保證路基抗剪強度大于剪應(yīng)力。

（3）調(diào)查原路面下是否有涵洞等交通設(shè)施，分析其結(jié)構(gòu)位移和結(jié)構(gòu)應(yīng)力。多錘頭破碎機作用下涵洞結(jié)構(gòu)位移、結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過其強度，說明涵洞可能發(fā)生破壞。因此，需要計算出涵洞的安全深度，確保多錘頭破碎機不會影響到涵洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

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