碎石化施工技術(shù)在中小型水泥混凝土路面改造工程實例中的應(yīng)用

水泥混凝土路面碎石化施工技術(shù)在我國已推廣多年，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，但因該技術(shù)需要專用設(shè)備，在中小型水泥混凝土路面改造工程中造成造價偏高，制約使用，無法全面推廣。以某工業(yè)園區(qū)水泥混凝土路面改造工程實例，總結(jié)在普通設(shè)備條件下，完成碎石化工藝的經(jīng)驗。通過經(jīng)濟(jì)性比較，明確了碎石化施工技術(shù)在中小型水泥混凝土路面改造工程的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

碎石化; 普通設(shè)備; 經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

U418.6+7 B

［定稿日期］2022-01-24

［作者簡介］羅代梟（1990—）男，本科，工程師，主要從事公路和市政工程項目管理工作。

碎石化（Rubblizatiaon）技術(shù)于20世紀(jì)后期起源于美國，該技術(shù)是將水泥混凝土路面的面板，通過專用設(shè)備一次性破碎為碎塊柔性結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不僅具有一定的承載力，而且可以有效防止或限制反射裂縫發(fā)生、發(fā)展的作用。大量實踐證明：碎石化技術(shù)是目前舊水凝混凝土路面維修改造最好的技術(shù)之一［1］。

碎石化技術(shù)根據(jù)破碎原理和施工機(jī)械的不同，分為多錘頭碎石化法和共振碎石化法，其中多錘頭碎石化法使用的專用設(shè)備為多錘頭破碎機(jī)（MHB）和配套的Z型鋼輪壓路機(jī)，技術(shù)原理是通過重錘沖擊路面，將原本完整的水泥混凝土板塊破碎成具有一定尺寸的混凝土顆粒。整體上，根據(jù)顆粒粒徑及強(qiáng)度特性，可將碎石化層分為松散層、碎石化層上部和碎石化層下部3個層次，在正常破碎情況下，松散層由極薄的一層集料顆粒組成，集料顆粒之間沒有嵌擠作用，其強(qiáng)度無法滿足路用性能要求。碎石化層上部厚度約為10 cm左右，主要由破碎混凝土顆粒間的嵌擠形成強(qiáng)度，混凝土板塊破碎后體積膨脹，碎石間存在預(yù)應(yīng)力［2］。碎石化層下部是一層厚度約為10 cm，粒徑小于37 cm的混凝土塊組成，是“裂而不碎、契合良好、聯(lián)鎖咬合”的塊體結(jié)構(gòu)，具有良好的“拱效應(yīng)”，能將豎向壓力變?yōu)樗酵屏?，借以擴(kuò)散荷載。并且該結(jié)構(gòu)靜定且自穩(wěn)，具有很好的咬合嵌擠作用［3］。據(jù)國外相關(guān)研究資料，碎石化層上部類似于瀝青穩(wěn)定料粒，取其模量為207 MPa，碎石化層下部由未完全斷開的水泥混凝土塊組成，其模量取3 450 MPa［4］。

目前，國內(nèi)大型混凝土路面改造工程中多采用多錘頭碎石化法，對于中小型混凝土路面改造工程，由于工程規(guī)模小，造價低，采用此法需要專用設(shè)備，造成造價偏高，無法推廣應(yīng)用。本文結(jié)合工程實例，采用挖掘機(jī)帶破碎錘和鋼輪壓路機(jī)等普通設(shè)備，按照技術(shù)工藝要求，完成碎石化施工，為此類似工程項目提供參考。

1 項目概況

1.1 工程背景和概況

某工業(yè)園區(qū)道路因重車較多，路面損壞嚴(yán)重，運(yùn)輸揚(yáng)塵、噪聲等環(huán)境影響較大，對園區(qū)正常交通安全運(yùn)輸及區(qū)域環(huán)境質(zhì)量帶來了較大的負(fù)面影響，需要對該段道路進(jìn)行修整改造。本項目道路為城市支路，路線長2.325 km，為道路修整工程，工程主要內(nèi)容包括：路面工程、排水工程及交通安全設(shè)施工程，原則上不對既有道路平、縱、橫指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

1.2 路基路面現(xiàn)狀

既有道路路面結(jié)構(gòu)為：25 cm普通水泥混凝土面層+25 cm水泥穩(wěn)定類粒料基層+20 cm水泥穩(wěn)定類粒料底基層。道路主要服務(wù)園區(qū)重載貨車，既有路基路面出現(xiàn)不同程度損壞。局部路段路基沉陷（最大沉降量約為0.2 m）；既有水泥混凝土面板出現(xiàn)不同程度的裂縫（最大裂縫寬度達(dá)到20 mm）、斷板（斷板率達(dá)到42%）、板角斷裂、錯臺、接縫損壞等破壞。

1.3 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計

設(shè)計采用“局部破碎后瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)方案”，根據(jù)既有路面實際情況，按照相關(guān)設(shè)計規(guī)范，擬定以下結(jié)構(gòu)組合設(shè)計（和本文不相關(guān)設(shè)計組合已省略）。

1.3.1 A型路面結(jié)構(gòu)

適用于既有水泥混凝土面板斷板嚴(yán)重但路基沉降變形較輕微的路段（沉降量小于或等于3 cm）；采用碎石化工藝對既有斷裂水泥混凝土面板進(jìn)行破碎，并碾壓密實（碾壓后進(jìn)行彎沉測定，當(dāng)實測彎沉不大于46.6（0.01 mm）時，可采用該路面結(jié)構(gòu)形式；否則應(yīng)采用B型路面方案）作為底基層，結(jié)構(gòu)組合見圖1。

1.3.2 B型路面結(jié)構(gòu)

適用于既有水泥混凝土面板斷板嚴(yán)重但路基沉降變形較輕微的路段（沉降量大于3 cm），挖除變形的路面結(jié)構(gòu)及路基，對路基進(jìn)行換填處理，再鋪筑25 cm厚C40混凝土面板，結(jié)構(gòu)組合見圖2。

2 碎石化工藝

參照DB 51/T 2430-2017《舊水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)規(guī)范》，可按如下要求進(jìn)行。

2.1 技術(shù)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過7.5 cm，中間不超過22.5 cm，底部不超過37.5 cm的粒徑。碎石化水泥混凝土頂面彎沉不大于46.6（0.01 mm）。

2.2 碎石化前準(zhǔn)備工作

隱藏構(gòu)造物的調(diào)查與標(biāo)記：碎石化施工前，應(yīng)結(jié)合圖紙及建設(shè)單位提供的有關(guān)隱藏構(gòu)造物如：暗涵、地下管線等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，以確定破碎是否會對這些構(gòu)造物造成損壞。通常，構(gòu)造物埋深1 m以下的不會由于破碎帶來損壞，不滿足以上條件的應(yīng)會同設(shè)計、監(jiān)理、建設(shè)等單位采取可行的保護(hù)措施或其它方案。

設(shè)備：帶破碎錘挖掘機(jī)、重型鋼輪振動壓路機(jī)、灑水車等。

在碎石化前應(yīng)清除水泥混凝土路面上的瀝青修補(bǔ)材料，因為這些材料的存在會影響到破碎、碾壓效果。碎石化后的路面在沒有完成水泥穩(wěn)定碎石層鋪筑之前不允許開放交通，防止帶走碎石化后的顆粒。

碎石化層有大于10×10 cm的凹地，應(yīng)用密級配碎石料回填并碾壓密實。同時應(yīng)清除水泥面板內(nèi)的鋼筋。破碎一個車道的過程中實際破碎寬度應(yīng)超過一個車道，與相鄰車道搭接寬度不少于15 cm。為保護(hù)路面破碎段兩側(cè)的水溝或硬路肩不受破碎振動的影響，減少水溝或路肩修復(fù)工程量，并保證對其加高、加固后的整體穩(wěn)定性，在路面破碎段的行車道邊緣，建議各留0.5 m安全帶不進(jìn)行破碎。

2.3 試驗路段

碎石化施工前應(yīng)選擇具有代表性的舊水泥混凝土路面路段作為試驗路段，長度不小于50 m（本項目受連續(xù)處治長度限制，試驗段長度較短，其它項目具備條件的應(yīng)按照規(guī)范或設(shè)計要求設(shè)置），寬度為單個路幅。根據(jù)碎石化前調(diào)查的路面損壞情況、路面厚度、路面混凝土抗壓強(qiáng)度等，通過試驗段使操作手熟練掌握挖掘機(jī)破碎錘頭破碎混凝土板的程度、碎石化層粒徑大小分布、行進(jìn)速度等工藝參數(shù)。

破碎過程中應(yīng)通過開挖試坑檢查混凝土板的破碎狀況，及時反饋給挖掘機(jī)操作手和現(xiàn)場技術(shù)員調(diào)整操作，以保證破碎質(zhì)量達(dá)到技術(shù)要求。

2.4 碎石化層的碾壓

碾壓應(yīng)分為初壓、復(fù)壓、終壓3個階段，采用重型鋼輪壓路機(jī)由邊向中、由低向高進(jìn)行，碾壓時應(yīng)重疊1/2輪寬。初壓時靜壓2遍，速度1.5 km/h，復(fù)壓時振動壓實4遍，速度2.0 km/h，終壓靜壓2遍，速度2.0 km/h。碾壓時碎石化層應(yīng)有4%～8%的含水率，有利于碎石化層碾壓密實，形成嵌鎖結(jié)構(gòu)。

2.5 檢測

碾壓完成后，采用貝克曼梁法檢測碎石化層彎沉值。對于達(dá)不到設(shè)計要求的路段，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行處治，如路基承載力達(dá)不到要求，則處理路基。

2.6 工藝流程

施工前準(zhǔn)備—試驗段施工—掌握施工技術(shù)參數(shù)—碎石化施工—碎石化層整備—碾壓—質(zhì)量驗收。

3 可行性分析

水泥混凝土路面碎石化技術(shù)是將水泥混凝土路面的面板，通過專用設(shè)備一次性破碎為碎塊性結(jié)構(gòu)，因破碎后其顆粒粒徑小，力學(xué)模式更趨向于級配碎石，因而將其命名為碎石化。專用設(shè)備主要是MHB多錘頭破碎機(jī)和RM共振型破碎機(jī)。不管是采用專用設(shè)備破碎還是采用普通挖掘機(jī)帶錘頭破碎，都能將水泥混凝土路面破碎，以達(dá)到規(guī)定的粒徑分層要求，從而實現(xiàn)強(qiáng)度。在本項目中，水泥混凝土路面采用挖掘機(jī)帶錘頭破碎，過程中嚴(yán)格按照碎石化工藝施工，碾壓成型后經(jīng)試驗檢測，回彈彎沉值均超過設(shè)計要求值，證明設(shè)備代替方案是可行的。經(jīng)過一年時間的車輛通行，本項目所有經(jīng)碎石化處治的路段和其它路段一樣，瀝青路面沒有出現(xiàn)反射裂縫，也沒有出現(xiàn)明顯車轍，證明實際處置效果達(dá)到設(shè)計要求。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 碎石化處置工藝單價

由于只需要將舊水泥混凝土路面破碎并碾壓密實，工序簡單。碎石化處置工藝造價如表2。

4.2 拆除舊水泥混凝土路面再恢復(fù)水泥面板處治工藝單價

如采用拆除舊水泥混凝土路面后再恢復(fù)水泥面板的處治工藝，處治造價如表3拆除水泥混凝土路面后恢復(fù)水泥混凝土面板控制價表。

4.3 造價對比分析

以上2種處治工藝均為本項目處治工藝，各項綜合單價均為本項目招標(biāo)控制價。為方便計算，處治工程量均設(shè)定為100 m2，通過上表對比可知，碎石化處置工藝控制價為4 400元，拆除舊水泥混凝土路面再恢復(fù)水泥面板處治工藝控制價為17 491.50元，碎石化處置工藝造價優(yōu)勢明顯，經(jīng)濟(jì)性好。

5 結(jié)束語

在中小型水泥混凝土路面改造工程中，由于投資控制，碎石化處治路段占比較低或只是點(diǎn)、狀帶分布的路段，采用專用設(shè)備成本高昂。普通挖掘機(jī)帶錘頭破碎雖工作效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如MHB多錘頭破碎機(jī)，但只要保證破碎層質(zhì)量達(dá)到工藝要求，是可以采用普通挖掘機(jī)帶錘頭破碎來代替MHB多錘頭破碎機(jī)的。

舊水泥混凝土路面碎石化工藝方案相較于拆除水泥混凝土路面后恢復(fù)水泥混凝土面板方案，成本大大降低，經(jīng)濟(jì)性顯著，在滿足適用條件的前提下，在中小型水泥混凝土路面改造工程中是可以優(yōu)先考慮采用的。

參考文獻(xiàn)

［1］ 王松根，張玉宏，黃曉明，等.舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用指南［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］ 齊偉，邱業(yè)績，李艷，等.水泥路面再生技術(shù)研究綜述［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2019（5）：19-21.

［3］ 董元帥，朱洪洲.舊水泥混凝土路面碎石化改造技術(shù)［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2008，27（B11）：920-923.

［4］ 熊帆，黃曉明，賈棟，等.碎石化技術(shù)在水泥混凝土老路改建中的應(yīng)用［J］.公路交通科技，2004（6）：52-54.