浅谈旧水泥混凝土路面碎石化改造综合技术

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摘要：早期城市道路普遍采用水泥混凝土路面，随着使用年限的增加和超载车辆的破坏，大量的水泥路面面临着翻修及养护的问题。碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，其在国外已有三十多年的发展历史，而在国内的使用率较低。本文主要介绍旧水泥混凝土路面碎石化技术基本原理、使用条件、主要特点、施工专用设备以及施工工艺和质量控制方法。

关键词：旧水泥混凝土路面；碎石化；施工工艺；质量控制

前言：

碎石化技术起源于20世纪80年代的美国，我国的山东省于2002年首次从美国引进多锤头碎石化设备。经过长期的研究和试验，其技术应用已基本成熟。

随着社会经济发展，人们生活条件不断改善，对衣食住行要求不断提高，尤其对出行的舒适性要求越来越高。然而八九十年代修建的水泥混凝土路面已进入使用末期，在这几年大部分需要改造成沥青混凝土，改造过程中对水泥混凝土路面利用与沥青混凝土面层抗裂成为沥青混凝土面层施工和设计需要解决的课题。水泥混凝土路面碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。

1.碎石化概念及基本原理

水泥混凝土路面碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，该技术是将水泥混凝土路面的面板，通过专用设备一次性破碎为碎块柔性结构，因破碎后其颗粒粒径小，力学模式更趋向于级配碎石，因而将其命名为碎石化。

MHB碎石化技术的破碎机理是通过重锤的下落对水泥混凝土板块产生瞬时、点状的冲击作用，MHB工艺的特点是：破碎宽度可调；锤击功可调；破碎效率高；破碎后颗粒组成特性较好；破碎后的表面平整度较好；方便调节，作业灵活。

MHB碎石化后，混凝土面层分为表、上、下三层，具有各自的特点。

（1）碎石化层表层在压实过程中，颗粒被压密，形成嵌挤薄层，通过撒布透层油进行稳定，使其具有一定的强度和稳定性。

（2）碎石化层上层强度一是来源于内摩阻角，粒径越大，则内摩擦角越大；二是来源于预压应力，因旧水泥混凝土面板破碎时，混凝土产生体积膨胀，混凝土颗粒的粒径越小，膨胀趋势越大，产生的预压应力越大。

（3）碎石化层下层是“裂而不碎、契合良好、 联锁咬合”的块体结构，具有良好的“拱效应”，能将竖向压力变为水平推力，借以扩散荷载。另外，该结构静定且自稳，具有很好的咬合嵌挤作用，由于碎石化下层是由整体的水泥混凝土板破碎成裂而不碎的一层， 并没有竖向贯穿裂纹，因此，该层中邻近的混凝土块在形状上有较好的契合度，伴随着收敛位移的发生，呈交错咬合状排列。该层处于联锁咬合状态，形成所谓的“联锁咬合块体”结构，具体表现为各种形式的咬合梁、拱结构。在外力作用下邻近的混凝土块间产生的咬合嵌挤作用，比普通嵌锁作用更大，提供的强度更高，具有更好的结构稳定特性。

2.碎石化技术适用条件

MHB碎石化的基本适用条件如下：

（1）水泥混凝土路面有大量病害：错台、翻浆和角隅破坏等达到总接缝长度的20%以上；

（2）板块出现开裂、断板或下沉，需要修补的面积达到路面总面积的20%～70%；

（3）水泥混凝土路面基层及面层厚度超过33cm；

（4）20%的路面面板已被修补或需要被修补；

（5）混凝土路面断板率介于20%～45%。

进行碎石化的必要技术条件为：只要旧水泥混凝土路面的土基CBR>5，基层基本稳定且板体材料未出现松散的情况下就可以采用碎石化技术进行重建改造。

3.碎石化技术的主要优势及专用设备

3.1 采用碎石化技术的主要优势

采用MHB碎石化技术的主要优势在于经济性、直接利用性以及多适应性。

（1）经济性：碎石化工艺应用与原路面修补存在经济平衡点，这个平衡点可用修补比率来反映，国外算例中为13%左右，山东的经济平衡点是当修补面积为20-25%时，进行破碎改造更为经济。

（2）直接利用性：利用MHB类设备对旧水泥混凝土路面碎石化后，可以直接作为新路面结构的基层或底基层。

（3）多适应性：利用MHB类设备对旧水泥混凝土路面碎石化后，新加铺面层可以是沥青混凝土路面（白加黑），也可以是水泥混凝土路面（白加白）。

此外，采用MHB碎石化技术亦可在施工过程中检测出旧水泥混凝土路面基础是否存在掏空现象，避免改造完成后运营期间出现路面坍塌现象。

3.2 MHB碎石化技术专用设备

实施MHB类碎石化技术，主要设备是门式破碎机、共振式破碎机、MHB多锤头破碎机。

4. MHB碎石化施工工艺及质量控制方法

4.1碎石化施工工艺

使用MHB设备进行路面碎石化处理并加铺沥青路面结构的一般工艺流程为移除现有的罩面层设置排水设施特殊路段处理构造物标记设置测量控制点交通管制破碎水泥混凝土路面修复软弱基层或路基废弃材料清除破碎后水泥混凝土路面碾压与非破碎段接缝处治透层或封层施工摊铺热拌沥青混合料。

在水泥混凝土路面碎石化前应对道路结构物的标记和保护，施工前，针对调查和结构物资料在现场做出明确标记，以确保这些构造物不会因拖工造成损坏。

1）埋深在1m以上构造物不易因路面碎石化受到破坏，这种路段的正常破碎深埋在0.5～1m的构造物可能因路面碎石化而受到一定影响，这种路段可以降低锤头高度进行轻度打裂增加锤击次数、缩小锤击间距，埋深不足0.5m的结构物及桥梁等，应禁压破碎，避让范围为结构物端线外侧3m以内的所有压域。

2）距路肩10m处的建筑物不易因路面碎石化受到破坏，这种路段可以正常破碎，对于路肩处5～10m范围存在建筑物的路段，施工时应降低锤头高度对路面进行轻度打裂增加锤击次数，缩小锤击间距，对于路肩处5m以内存在建筑物的路段，应禁止破碎。

3）对于不同埋深的构筑物，地下管线，房屋等，应采用不同标志的红色油漆标注清楚，用以区别破碎，保证安全。

4）上跨构造物和净空，施工前测量上跨构造物的净空，应尽量同时确保罩面后净空和罩面厚度。

4.2 碎石化施工质量控制

一般在碎石化施工前必须做试验段，其长度一般为100m。在试验段施工过程中根据水泥混凝土路面使用现状决定破碎高度和锤迹间距。试验段施工结束后，对不同锤迹间距的区段进行检测，选择破碎程度符合设计要求对应的控制指标。最后检测回弹弯沉，验证其是否满足变异性要求。直到符合设计回弹模量指标，否则要增加试验段长度并增加落锤高度或减小锤迹间距的方式调节，以使其破碎程度增加，变异性减小，满足设计要求。

根据试验段结果作为施工过程控制参数，在单幅路面长度超过1km时，或当破碎粒径发生突变处应挖试坑抽检，验证粒径是否满足要求。如果不满足要作加幅调整，必要时检测回弹模量指标，有条件时应该每500m检测回弹模量。施工时专人负责查检破碎粒径，发现差异较大时立即查明原因或检测回弹模量，确保碎石化施工质量。

5.结语：

通过工程实践证明，碎石化是一种很好的旧水泥混凝土原位破碎利用技术，碎石化施工不需要全封闭交通，施工迅速。通过对碎石化施工过程的质量控制，科学管理，不仅可以发现原有路面潜在问题，避免后期路面塌陷，出现“天坑”，而且在一定程度上能节约工程造价，最终达到提高市政道路工程的质量，实现投资科学化的目标。

参考文献：

[1]《旧水泥混凝土路面碎石化技术规程》.山东省交通厅公路局，DB 37/T 1160-2009。

[2] 庄婧.城市旧水泥混凝土路面碎石化施工工艺的探讨.城市建设理论研究，2012年36期。