查 進(jìn) (蚌埠市市政工程管理處,安徽 蚌埠 233000)
水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、剛性大、穩(wěn)定性好及設(shè)計(jì)年限長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),在蚌埠市早期路面建設(shè)中大量采用,但隨著現(xiàn)代化的高速發(fā)展,人民生活水平不斷提高,尤其車輛已成為人們不可缺少的代步工具,交通量劇增,導(dǎo)致混凝土路面破損嚴(yán)重、承載力逐年下降,遠(yuǎn)達(dá)不到其設(shè)計(jì)的使用年限,所以近5 年內(nèi)蚌埠市投入大量資金,將原有舊混凝土路面改造成瀝青混凝土路面。
瀝青混凝土路面不管是從行車舒適,還是維修養(yǎng)護(hù)等多方面考量,都是目前最優(yōu)的結(jié)構(gòu)面層。而對(duì)舊混凝土路面破損位置的補(bǔ)強(qiáng)處理,設(shè)計(jì)單位也提出了多種處理方案,其中舊混凝土路面碎石化已成為成熟的優(yōu)選方案。常用的混凝土破碎技術(shù)有沖擊破碎、多錘頭破碎和共振破碎。沖擊破碎機(jī)械是在原有重力沖擊錘和振動(dòng)壓路機(jī)壓穩(wěn)而改良的一種新型機(jī)械,該機(jī)械由牽引車?yán)瓌?dòng)非圓型輪翻轉(zhuǎn),不規(guī)則輪子的高低半徑對(duì)混凝土面層及基礎(chǔ)采取靜壓、揉搓、沖擊的持續(xù)沖擊碾壓工作。多錘頭機(jī)械故名錘頭多,具體數(shù)量要根據(jù)老混凝土路面鉆孔后的劈裂試驗(yàn)確定,對(duì)老混凝土路面打碎后,擊碎的混凝土顆粒由上而下逐漸增大,經(jīng)碾壓后,上部顆粒形成平整面,下部顆粒間形成嵌擠結(jié)構(gòu)。共振碎石是由機(jī)械共振錘頭破碎老混凝土路面,達(dá)到將破碎后的上層料相互嵌擠、下層相互嵌鎖的結(jié)構(gòu)層,大大提高了該基層的強(qiáng)度和剛度,解決了原老混凝土路面板塊在裂縫、接縫處的水平及豎向位移,減少建成后瀝青混凝土面層反射裂縫出現(xiàn)。特點(diǎn)為優(yōu)化路面結(jié)構(gòu)、根除反射裂縫、不傷害路基和地下管網(wǎng)、相比多錘頭和沖擊式施工方法而言其噪音小。
由于共振碎石舊混凝土路面有諸多優(yōu)點(diǎn),本文結(jié)合黃山大道西段道路排水等市政設(shè)施改造項(xiàng)目對(duì)施工方案進(jìn)行分析。
黃山大道為蚌埠市貫穿東西向的一條城市主干道,向西穿越高新區(qū)后并入東海大道,向東穿越高鐵、老山路及蚌五泗高速后,接至鳳陽(yáng)城區(qū),主要承擔(dān)著跨區(qū)域的溝通聯(lián)系,是城南快速通道。道路總長(zhǎng)約25km,是完善蚌埠市路網(wǎng)的重要組成干道。
本次施工的黃山大道工程范圍位于高新區(qū),起點(diǎn)大慶路,終點(diǎn)迎賓大道,全長(zhǎng)約2.5km,設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h,道路等級(jí)為城市主干路,規(guī)劃道路寬度50m(雙向六車道),工程總投資約6000 萬元。
PCI(pavement condition index)是路面損壞狀況指數(shù)的一個(gè)十分重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。PCI 綜合了損壞類型、損壞程度、損壞范圍或密度等方面的定量狀況。PCI 值越大,路面狀況越好。一般根據(jù)PCI 值的大小,劃分路面現(xiàn)狀等級(jí)。它不僅直接關(guān)系到道路養(yǎng)護(hù)方案的選擇,也是舊混凝土路面加鋪新路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。水泥混凝土路面損壞分為11 項(xiàng),分別是破碎板、裂縫、板角斷裂、錯(cuò)臺(tái)、唧泥、邊角剝落、接縫料損壞、坑洞、拱起、露骨以及老舊混凝土路面維修過的面積。
依據(jù)城市道路損壞評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)中的PCI 計(jì)算公式過于繁瑣,本次規(guī)劃設(shè)計(jì)單位采用公路PCI 計(jì)算公式,PCI=100-α0DRα1,其中DR 是路面破損率,α0和α1是設(shè)計(jì)參數(shù),由設(shè)計(jì)單位提供,該公式簡(jiǎn)便,易于操作計(jì)算,結(jié)果計(jì)算值為45,判定黃山大道PCI 指數(shù)等級(jí)為“次”,符合舊混凝土路面碎石化要求。
由縱向、橫向、斜向裂縫發(fā)展而產(chǎn)生的已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板稱為斷板,而DBL 是已完全折斷成兩塊以上的水泥混凝土路面板的塊數(shù)與混凝土路面板的總塊數(shù)的比值,以百分?jǐn)?shù)表示。經(jīng)計(jì)算,黃山大道斷板率為18%,評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為“次”。
表1 現(xiàn)狀路面PCI等級(jí)
平均錯(cuò)臺(tái)量采用量測(cè)接縫板邊的高程差,經(jīng)調(diào)查接縫高程差的平均值為12mm。
脫空率測(cè)量方法較多,采用的儀器在本次施工中有難度,所以采用人工觀測(cè)。具體做法是人為觀察重型車輛在雨天路過裂縫處唧水情況的嚴(yán)重程度而判定該板塊是否脫空。經(jīng)觀察,該道路脫空率為25%。從以上數(shù)據(jù)判定,黃山大道西段可以采用舊混凝土路面共振碎石化設(shè)計(jì)方案。
碎石化施工前,應(yīng)做好舊混凝土路面的清理,清除舊混凝土板塊上存在的瀝青加鋪層及橫縫、脹縫處瀝青填縫材料。
黃山大道西段是雙向六車道,斷面形式如圖1所示。
圖1 斷面形式圖
由于車行道邊緣載有路側(cè)石,所以要做好應(yīng)力釋放措施。沿舊混凝土路面邊緣縱向切割,切割深度貫穿舊混凝土路面結(jié)構(gòu)層;應(yīng)力釋放渠寬度為50cm,形成邊緣先預(yù)裂效果。
①軟弱路段
板塊唧漿、基層或路基含水量過大的不良路段,應(yīng)先挖除面板以下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)層,后用級(jí)配碎石換填碾壓。
②局部下陷路段
對(duì)于下沉大于5cm 路段,挖除舊混凝土面層,換填級(jí)配碎石。
對(duì)現(xiàn)場(chǎng)沿線需要保護(hù)的構(gòu)造物做出明確標(biāo)識(shí),以確保這些構(gòu)造物不會(huì)因碎石化施工而造成損壞。
經(jīng)過排查,對(duì)地下附屬設(shè)施采取有效保護(hù)。本次對(duì)雨污排水管提前做好疏通工作,車行道上的排水井也按設(shè)計(jì)圖紙做相應(yīng)混凝土井圈加固。
選取樁號(hào)0+200~0+400 段,長(zhǎng)度200.0m,單塊板寬3.5m 作為試驗(yàn)段。鉆孔取樣,車行道上的舊混凝土結(jié)構(gòu)層22cmC30 混凝土面層、20cm5%水泥穩(wěn)定碎石、22cm 二灰碎石、20cm6%二灰土基層,下部為壓實(shí)黏性土,土基良好。
鉆取混凝土10 個(gè)鉆芯點(diǎn),檢測(cè)舊混凝土板塊劈裂強(qiáng)度。將混凝土劈裂強(qiáng)度換算成抗彎拉強(qiáng)度,其值是3.8MPa,大于C30 混凝土抗拉強(qiáng)度的80%,符合混凝土路面碎石化規(guī)范要求。
在試驗(yàn)段區(qū)域內(nèi),用灑水車在破碎的車道上來回灑水,以抑制施工中產(chǎn)生的粉塵,灑水時(shí)間與破碎的時(shí)間宜控制在半小時(shí)以內(nèi)。
本次租賃的共振碎石機(jī)是中鐵科工的GPJ3X-600,采用3X 直線振動(dòng)技術(shù),在不降低振幅的工況下,利用車體的重量對(duì)振動(dòng)施加工作壓力,對(duì)舊混凝土路面實(shí)行共振碎石。共振破碎機(jī)在破碎過程中不斷對(duì)行車速度、振幅、錘間距進(jìn)行調(diào)整,確定共振設(shè)備的工作參數(shù),如表2所示。
表2 對(duì)共振碎石化機(jī)械進(jìn)行調(diào)頻后最佳工作方案一覽表
試振完成后,選取4 個(gè)1.2m 長(zhǎng)、1.2m 寬、水泥板22cm 的檢查坑進(jìn)行人工開挖,碎石篩分合格率符合表3 要求。試坑檢測(cè)完成后,用密級(jí)配碎石料回填壓實(shí),并及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)段乳化瀝青封層,如表3所示。
表3 試驗(yàn)段完成碎石化后的塊料級(jí)配表
為了更好地為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供充足理論數(shù)據(jù),確保后期瀝青混凝土施工質(zhì)量,所以對(duì)本次試驗(yàn)段進(jìn)行了回彈彎沉試驗(yàn),機(jī)械選用標(biāo)準(zhǔn)軸載B22-100,20 個(gè)檢測(cè)點(diǎn),合格率92%,計(jì)算回填模量為200MPa,符合瀝青混凝土下基層半剛性回彈模量要求。
通過共振技術(shù)破碎后的水泥板形成了一種比較理想的結(jié)構(gòu)層。這種結(jié)構(gòu)層的頂部(大約1/4~1/3)是碎化層,該碎化層不僅弱化了原水泥板的剛度,同時(shí)與下部的嵌鎖層一起吸收車輛的沖擊能量,是很好的半剛性基層結(jié)構(gòu)。
破碎順序由混凝土路面外側(cè)車道開始,從邊緣向中間破碎,破碎時(shí)應(yīng)有重復(fù)破碎搭接面,搭接寬度不應(yīng)小于5cm。破碎應(yīng)全面徹底,不遺留未破碎區(qū)域;距離路緣石50cm 的舊混凝土路面,采用人工破碎法,形成應(yīng)力釋放渠。
共振碎石化完成后,清除舊混凝土路面接縫內(nèi)大于5cm 的碎石塊,并對(duì)凹陷的路段采用級(jí)配碎石料回填。
碎石化后應(yīng)及時(shí)壓實(shí),受碎石化原理控制,共振碎石化后松散層顆粒粒徑較小,適當(dāng)灑水,采用鋼輪壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)組合碾壓,單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的自重不小于18t。壓實(shí)遍數(shù)以壓實(shí)完成后表面均勻密實(shí)為準(zhǔn)。
碾壓結(jié)束后,為使表面較松散的粒料具有一定的粘結(jié)力,宜噴灑乳化瀝青透層油,鋪裝瀝青面層前,不得通行車輛。嚴(yán)格控制在雨天來臨季,進(jìn)行路面碎石化。
由于此路段是城南新區(qū),居民不多,無高層住宅區(qū),無大型廠房,樓層也控制在6 層以內(nèi),碎石段離建筑物在8m 以上,并且已按行政主管部門要求做好安全圍擋,夜間不進(jìn)行碎石化,以免擾民,白天施工時(shí),也將機(jī)械噪音的分貝盡量調(diào)整在70dB以下,嚴(yán)格按照環(huán)保和社穩(wěn)方案執(zhí)行,給市民營(yíng)造一個(gè)良好的生活環(huán)境,施工流程圖如圖2所示。
圖2 施工工藝流程圖
對(duì)人員進(jìn)行安全教育,施工時(shí)必須配有安全帽和反光背心,施工人員和機(jī)械設(shè)備必須聽從現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人指揮。
根據(jù)工地情況,做好場(chǎng)地布置,合理安排臨時(shí)設(shè)施,進(jìn)行安全保衛(wèi)工作,布置安全防護(hù)設(shè)施和統(tǒng)一的安全標(biāo)志,在施工現(xiàn)場(chǎng)醒目位置設(shè)置固定的大幅安全標(biāo)語(yǔ)及各種安全操作規(guī)程牌。
正確指揮和組織生產(chǎn),堅(jiān)持“安全第一”的原則,防止因機(jī)械操作人員疲勞施工。
做好宣傳和現(xiàn)場(chǎng)管理工作,非施工人員和車輛禁止入內(nèi)。
對(duì)揚(yáng)塵的控制,配備2 臺(tái)灑水車,及時(shí)灑水,做好揚(yáng)塵措施。
對(duì)機(jī)械的噪聲控制,嚴(yán)格執(zhí)行舊水泥混凝土碎石化設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南的規(guī)定,在上午7:00~11:00 和下午14:00~18:00施工,杜絕晚間施工。
對(duì)于特殊地段需反挖結(jié)構(gòu)層而產(chǎn)生的建筑垃圾外運(yùn),要求運(yùn)輸車輛必須加以覆蓋,防止遺灑,污染市區(qū)環(huán)境。
所有運(yùn)輸車輛進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng),設(shè)專人進(jìn)行統(tǒng)一指揮調(diào)度。
隨時(shí)派專人清掃場(chǎng)區(qū)施工道路,適量灑水壓塵,維護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)。
項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)施工班組作業(yè)區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)文明負(fù)責(zé),落實(shí)到具體人。
完成各項(xiàng)施工任務(wù),必須做到工完場(chǎng)清。采取有效的技術(shù)手段和管理措施將施工機(jī)械和運(yùn)輸車輛的噪音控制到最低程度,為保護(hù)施工人員健康,經(jīng)常保養(yǎng)機(jī)械,避免影響工程進(jìn)度。
共振碎石化施工技術(shù),能更有效地解決水泥混凝土路面加鋪出現(xiàn)反射裂縫這一關(guān)鍵性問題,以往幾年,在設(shè)計(jì)方案中多采用對(duì)于嚴(yán)重板塊損壞地方進(jìn)行反挖換板。在板塊破損不是很嚴(yán)重地方,采用清縫后灌縫注漿法,增強(qiáng)舊混凝土板塊與下基層的整體剛度,稍后對(duì)脹縫、縱縫和橫縫處清理縫口,貼40cm 防裂貼及聚酯玻纖布鋪裝,灑乳化瀝青,再施工2 到3 層瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層。但經(jīng)過在施工過程中未能更好地將設(shè)計(jì)處理方案做細(xì)做好,無視細(xì)微處混凝土的損壞,不按施工圖紙方案進(jìn)行施工,所以反射裂縫早早暴露。再加上交通量增加,改造后的瀝青加鋪路面未在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)就呈現(xiàn)不同程度的損壞。如施工單位再未能及時(shí)驗(yàn)收,完成移交手續(xù),后續(xù)的路面維修費(fèi)用仍是由施工單位承擔(dān),必將大大增加施工單位經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。所以表4 將現(xiàn)優(yōu)化后的混凝土碎石化方案和以往貼防裂貼及加鋪玻纖布做應(yīng)力吸收層方案,在造價(jià)費(fèi)用上進(jìn)行比對(duì)。
該段道路長(zhǎng)約2500m(含交口),機(jī)動(dòng)車道和非機(jī)動(dòng)車道寬度31m,粗略估算道路面積88300m2。共振破碎工藝按照60 元/m2折算,采用共振碎石化技術(shù)能夠節(jié)省投資1442105元。
綜合上述計(jì)算結(jié)果,對(duì)比原先舊混凝土路面加鋪瀝青混凝土處理方案與現(xiàn)在舊混凝土路面共振碎石化后加鋪瀝青混凝土方案,共振碎石化不僅能夠加快施工進(jìn)度,而且在結(jié)構(gòu)基層的分部分項(xiàng)內(nèi)容中就節(jié)約工程造價(jià)約144.21 萬元,大大地減少了資金投入。
共振混凝土碎石化技術(shù)對(duì)舊路面地基的影響較小,施工方案具備進(jìn)度快、程序簡(jiǎn)便、效率高、節(jié)約工程造價(jià)費(fèi)用等特點(diǎn)。通過共振碎石化施工,同時(shí)也解決了挖除混凝土碎塊而產(chǎn)生的建筑垃圾外運(yùn),減輕白色污染,保護(hù)城市環(huán)境,是目前解決舊混凝土路面加鋪瀝青混凝土容易出現(xiàn)反射裂縫問題的有效施工方案。