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浅述碎石化技术在白改黑工程中的应用

 

摘要:介绍了白改黑工程水泥混凝土路面碎石化的概念、碎石化技术的特点、采用的设备、工艺流程,讨论了碎石化施工的要点和注意事项

作者:周正祎

山东省公路局在2002年从美国引进碎石化技术,并及时地应用到了公路养护行业,截至 2006年,碎石化技术成功应用于500多km各种 等级道路的改造中,取得了良好的应用效果。 所谓碎石化技术,就是将水泥混凝土路面破碎成最大粒径不超过37.5cm混凝土块,用以限 制新加铺的热拌沥青面层上出现反射裂缝。此技 术将水泥混凝土板块破碎成“高强粒料基层”,然 后在上面加铺沥青面层。当旧水泥混凝土路面因 大面积破坏而丧失整体承载能力,并且通过局部 的挖除、压浆等处理方式已不能恢复其使用功能, 或不能达到结构强度要求时,如果采用通常的直 接加铺方式,改造后路面会出现反射裂缝等问题, 碎石化改造技术就是专门针对这一问题而开发出 的一种快捷有效的路面改造技术。该方法是利用 特殊的施工机械(如多锤头水泥混凝土路面破碎 机),将原有的旧水泥混凝土路面彻底打碎,完全消除原有路面存在的病害,释放面板下空洞的隐 患,将打碎的水泥混凝土面板经压实后直接作为 基层或底基层,再加铺新的面层。破碎后的水泥 路面粒径自上而下逐渐增大,上部小颗粒经压实 后形成平整表面易于摊铺,下部颗粒之间形成嵌挤结构,有效强化路基。碎石化技术能有效防止 “白改黑”后的反射裂缝,延长路面的使用寿命。 常州市新北区长江路原水泥路破损严重,路面破损率高达50%以上,并出现断板、错台、接缝 损坏等现象,已严重影响了行车的安全和舒适性。 根据国内采用多锤头破碎改造路面取得成功的实 践经验,2010年开始对该段水泥路进行碎石化路 面改造。该法利用多锤头水泥路面破碎机 (MHB-15),在对局部破坏严重的基层进行处治 后,将旧水泥混凝土板块破碎成较小的粒径(底部 不超过37.5cm,中间不超过22.5cm,表面不超 过7.5cm),碾压后作为新路面结构的底基层,然后再加铺新的路面结构。长江路的改造是在碎石 化后洒透层油,再加铺水泥稳定碎石基层+8cm 粗粒式沥青混凝土 AC-20+4cm中粒式沥青混 凝土SMA-13。下面浅述碎石化改造技术。

1 碎石化改造技术的特点

(1)碎石化技术是将原水泥板块破碎成较小的粒径(最大不超过37.5cm),使得原有的水泥 路面裂缝不再集中反射,而是均匀的扩散。因此 碎石化技术是目前解决反射裂缝问题的有效办法 之一。

(2)破碎并压实的混凝土路面是表面颗粒较小、为加铺沥青路面提供的碎石基层,内部由破碎 混凝土块紧密嵌挤的高密度材料层为沥青层加铺 提供更高的结构强度。

(3)施工简便,改造周期短,综合造价低。

(4)就地再生,环保无污染。将破碎后的路
面直接作基层或底基层,再加铺新的面层,是旧水 泥路面翻新改造的理想办法。

(5)将打碎的混凝土面板直接作为基层或底基层,不必把破损的水泥面板打碎搬走,节约了路 基材料及运输成本,提高了工程进度,大大降低了 工程的总费用。同时也解决了丢弃水泥碎块垃圾 的环保问题。

2 碎石化技术采用的设备

(1)多锤头水泥路面破碎机。多锤头水泥路面破碎机(MHB-15)是从美国引进的自行式破碎 设备,设备后部平均配备两排成对锤头,这样在设 备全宽范围内可以连续破碎,锤头的提升高度在 油缸行程范围内可独立调节,该破碎机具备一次 破碎4m车行道的能力。破碎后水泥块的粒径 可以通过控制重锤下落高度来实现。

(2)镐头机。由于采用重锤下落进行破碎产生的振动力较大,对周围建筑物及埋深在1m之 内的构造物有一定的振动影响,因此在道路两侧 有民房的位置、埋深在1m之内有构造物路段不 适合采用多锤头破碎机进行破碎而采用镐头机将 水泥板块(3.75m×5m)表面进行打裂。为达到 足够的碎裂,必须间隔50~60cm打一个破洞,使 得整个水泥板块最大粒径在50cm以下。对于破 损特别严重且路面下沉5cm以上的段落应采用 镐头机将水泥板块凿除,采用水泥稳定碎石加铺 至水泥路面顶面。

(3)压实设备

①Z型专用振动压路机。单钢轮压路机,自装配、自动力,携带Z型钢箍通过螺栓固定在振 动钢轮表面,振动压路机的最小毛重不低于90 kN,而且能进行振动压实。该压路机用于破碎混 凝土后的补充破碎并压实其表面。通过加装Z 型条纹的压路机,保证轮下颗粒不至于向外挤出; 对颗粒表面有更好的压碎效果,有利于表面平整。 ②单钢轮振动压路机。在Z型压路机之后压实破碎后的混凝土表面,用单钢轮压路机使破 碎后的路面平整,最小毛重不小于90kN,施工中 应采用振动碾压。乳化沥青透层撒布石屑后的碾 压工作同样采用单钢轮压路机进行碾压。

3 碎石化前的准备工作

(1)隐藏构造物的调查与标记。破碎前,结合设计图纸及业主单位提供的有关隐藏构造物, 对暗涵、底下管线等情况进行调查,以确定破碎是 否会对这些构造物造成损坏。通常情况下构造物 埋深在1m以下的不会由于破碎带来损坏,不满 足以上条件的可以降低锤头高度对水泥路面进行 破碎。

(2)破碎段落的确定。破碎前应与业主、监理进行协商确定破碎的段落,尽可能减少多锤头 破碎对道路两侧民房的影响,不能进行多锤头破 碎段落采用镐头机进行破碎,段落的确定同样有 利于施工计划的编排。

(3)与桥梁连接段的路面。与桥梁连接段应标明破碎的位置,根据实际情况,可以破碎到桥头 搭板的后端,根据设计情况进行路面衔接的施工。

(4)交通管制。

由于碎石化后的路面在没有摊铺水泥稳定碎石基层之前不允许开放交通,所 以对交通管制的要求比较严格,在条件允许时最 好一次性全封闭施工段落,或采用半幅封闭半幅 通车的办法进行交通管制。

4 碎石化的工艺流程

(1)主要工艺流程。确定破碎工艺控制→用MHB-15型水泥路面破碎机施工破碎1遍→试坑 检查→专用Z型压路机振动压实2~3遍使用 级配碎石人工整平路面→单钢轮压路机振动压实 1~2遍洒透层油5kg/m2,必须使得乳化沥青透入破碎层5cm以上,且在破乳前完成撒布石屑 并碾压2~3遍48h后加铺水泥稳定碎石 基层。

(2)破碎试验路段。在认可水泥路面破碎机破碎程序之前,应完成实验路段检查破碎情况,确 认破碎工艺。记录不同的破碎情况相对应的水泥 路面破碎机设置,如锤头高度和地面行驶速度等。 为确保路面被破碎成规定的尺寸,应开挖试坑。 试坑不能选择在有横向接缝或工作缝的位置,路 面破碎粒径应在全深度内检测,试坑应用密级配 碎料回填并压实至要求。通过实验段破碎,最后 符合要求的破碎设置应记录并作为以后破碎的施 工方案。在破碎过程中,应不断地监控破碎操作 并根据需要进行调整,以确保试验结果满足要求。

5 碎石化施工控制和要求

(1)排水要求。碎石化过程中会产生一些细碎的颗粒,而混凝土破碎后的颗粒之间没有粘结 力,在这种情况下,如果有水渗入该层,将会带来 很大的安全隐患。在碎石化后应在土路肩位置设 置纵向盲沟,以利于将路面的下渗水通过盲沟排 出碎石层。

(2)路面破碎要求。碎石化要把75%的混凝土路面破碎成表面最大尺寸不超过7.5cm、中间 不超过22.5cm、底部不超过37.5cm的粒径。

(3)清除原有填缝料。在铺筑水泥稳定碎石基层前所有松散的填缝料、涨缝材料或其他类似 物应进行清除,以免影响水泥稳定碎石基层的碾 压及排水。

(4)与相邻车道的接。破碎一个车道的过程中实际破碎宽度应超过一个车道,与相邻车道 搭接一部分,宽度至少是15cm。

(5)破碎混凝土路面的养护。除了必须开放的横穿交通外,破碎后的混凝土路面的任何路段 均不得开放交通(包括不必要的施工运输)。

6 乳化沥青透层施工要求

(1)凹处回填不应修整破碎后混凝土路面或试图平整路面以提高线形,这样将破坏混凝土路 面碎石化后的自然级配效果。对压实前发现的凹 地使用密级配碎石料回填并压实到符合要求。提 高破碎层的平整度有利于沥青路面的平整度及沥 青层的厚度控制。

(2)乳化沥青洒布要求 ①为使表面较松散的粒料有一定的结合力,应在破碎压实后的表面洒布乳化沥青透层油,按 5kg/m2由于破碎后碎石层较厚,颗粒松散,因此乳化沥青 用量洒布50%慢裂乳化沥青(PC-2)的用量比一般的透层施工用量大,加大乳化沥青 用量可以使得破碎层的板结性好。根据沥青面层 的取心证明,取出的心样可以将破碎层带出5~8 cm,加大乳化沥青的用量可以使面层与破碎层粘 结良好。施工过程中,每半天需进行乳化沥青用 量的检测,确保沥青用量达到要求。 ②透层油最好采用智能型沥青洒布车一次喷洒均匀,沥青洒布车喷洒沥青时应保持稳定速度 和喷洒量,并保持整个洒布宽度喷洒均匀。使用 的喷嘴宜根据透层油的种类和粘度选择,确保能 成雾状,与洒油管成15°~25°的夹角。洒油管的 高度应使同一地点接受2~3个喷油嘴喷洒的沥 青,不得出现花白条。个别沥青洒布车喷洒不均 匀部分宜改用手工沥青洒布车补喷。 ③采用镐头机破碎路段,对于镐头机打破的洞应采用 M7.5以上的砂浆进行修补平整。喷洒 粘层沥青前,应将水泥路面的表面清扫干净,用空 压机吹净浮灰。

(3)石屑撒布要求。每段乳化沥青喷洒后,立即用集料撒布机撒布集料,数量宜为5~8 m3/1 000m2 。集料撒布全部在乳化沥青破乳之前完成。石屑的撒布须做到均匀一致,局部较厚 应予以扫除。实际施工过程中,石屑撒布数量过 多、过厚,会使得沥青下面层施工产生滑移,产生 细微裂缝,不利于沥青面层的碾压密实。

(4)碾压要求。集料撒布后即用钢轮压路机均匀碾压2~3遍,每次碾压重叠1/3轮宽,碾压 要求两侧到边,确保有效压实宽度。碾压顺序由 路肩侧到中分带侧依次碾压。

(5)交通封闭。乳化沥青透层施工完成后,应确保该路段交通封闭,尽可能地减少车辆行驶 对透层的扰动,破坏透层的平整度及结构稳定。 封闭时间必须在2d以上,然后进行沥青面层的 加铺。

7 结语

对于已经严重损坏的水泥混凝土路面,采取碎石化加铺水泥稳定碎石及沥青面层的工艺方 法,是一种有效的水泥路面技术改造措施。该技 术改善了道路技术状况和行车条件,并且可以尽 可能地减少反射裂缝,对破损的水泥板块也能起 到废物利用的效果,乳化沥青透层的施工可以起 到加厚沥青面层的作用,有利于延长沥青路面使 用寿命。