混凝土路面破碎改造技术的应用与分析

      近几年来随着交通量的增加，特别是重载车辆的增多，混凝土路面断板、破碎、错台、唧浆现象十分严重。虽然采取换板等养护措施，但破损速度很快，维修养护跟不上，以至形成修不胜修的局面。水泥路面的破损严重影响道路通行能力，为此我省将旧水泥路面改造列入“畅通工程”。现在对于旧水泥路面加铺沥青路面，也即所谓的“白改黑”，有多种处理方法，其中包括冲击压实、打裂压稳、碎石化等技术。上述处理技术各有其优缺点，本文将对此进行评价和分析。
1 混凝土面板处理技术简介
    在水泥路面采取“白改黑”的初期，为防止沥青罩面层出现反射裂缝，常采取水泥板压浆、铺设土工格栅等措施。虽然理论研究认为，铺设土工格栅具有消散应力，阻止反射裂缝出现的能力，但实际效果并不理想。为了解决反射裂缝的问题，十多年前美国等国家研究了冲击压实（蓝派）、打裂压稳、碎石化等技术，并开发了相应的机械设备。
1.1 冲击压实技术
    冲击压实机是一种具有高冲击能量的压实机械，其钢轮成五边形或正方形。当它行走时,轮轴反复抬升和落下使钢轮冲击水泥板块， 使面板出现横向裂纹而折断。随着冲压遍数的增加，钢轮交错作用于面板，横向裂缝变宽并开始出现纵向裂缝。冲击压实机对水泥路面施加的强大冲击力足以使面板破碎和稳固, 有效地消除了原来面板脱空而产生的竖向变形。
1.2 打裂压稳技术
    打裂压稳采用的破碎设备是一种门刀式破碎机，其冲击锤有2.4m宽度，锤头重量5t以上，冲击锤提升一定高度后自由落下产生的巨大冲击力将水泥路面横向打裂，然后采用胶轮压路机碾压使其稳固。锤头高度可以调整直至达到破碎要求，一般要求75%以上的面板成不规则开裂，颗粒为0.4～0.6m2大小。
1.3 碎石化技术
    目前混凝土路面碎石化设备主要有多锤头破碎机（MHB）和共振式破碎机，现在多锤头破碎机已经从国外引进到国内来。
    多锤头破碎机(MHB)由两部分组成，前半部分为柴油发动机动力系统，后半部分为破碎系统，中间备有2排各3对650kg的锤头，两侧各有1对865kg翼锤。每对锤头的提升高度可以根据需要随意调节，其最大提升高度110cm。
2 “白改黑”路面结构
    就目前“白改黑”路面结构，基本上根据对混凝土板处理方式不同而采用不同的结构。
对于冲击压稳和打裂压稳两种处理技术，是在对混凝土板块处理后，上面先加铺20~25cm二灰碎石作为基层，然后再加铺10～13cm两层沥青混凝土面层。有些地方为提高防止半刚性基层可能出现反射裂缝，还在半刚性基层上加铺自粘式土工玻纤格栅。
    对于碎石化处理技术，按照美国介绍则无须加铺基层，而可以直接加铺沥青面层，但沥青层的厚度至少应在15cm以上，否则可能会出现强度不够而引起面层破坏。然而限于资金也为了观察比较，沥青加铺层厚度打多控制在12～15cm范围内。
    上述不同路面结构，无论加铺半刚性基层或者直接加铺沥青面层，都未作路面力学计算，即不是根据强度计算来确定加铺层厚度的，而是依据现有经验确定的，因此所定加铺层厚度缺乏理论依据。
3 实施效果的评价分析与比较
3.1　防治反射裂缝
    湖州104国道埭溪路段2km“白改黑”试验路段，是在采用多锤头机械破碎后，分别不同路段加铺12cm和15cm沥青面层。施工完成后经对试验路段进行弯沉测定，其弯沉强度很高，代表弯沉在21～29(0.01mm)范围内。经过大半年的运营使用，沥青面层表面没有发现反射裂缝，路面平整，路况良好(图4)。台州仙居35省道经碎石化处理后，虽弯沉较大，但使用大半年未出现裂缝，这说明经多锤头碎石化处理能彻底解决反射裂缝的问题。这是因为混凝土板块经碎石化后，水泥面板的破碎程度比较彻底，水泥碎块的最大粒径在20～30cm之间，经Z压路机压实稳固后混凝土面板表面碎块最大尺寸仅5～10cm，经洒布乳化稳定，从而在结构上不再是刚性板块，而成为类似沥青稳定碎石基层，即为柔性基层，故也不再存在水泥板块反射裂缝的问题。
    浙江其他地区采取打裂压稳或冲击压稳处理技术，加铺了半刚性基层，目前路面也大多良好，仅个别路段有些纵向裂缝。这说明经这样处理后也能有效地防治反射裂缝。但是由于混凝土破碎后尺寸仍比较大，因此仍有出现反射裂缝的可能，但不会短时间内出现，即存在反射裂缝的隐患。
3.2 施工的工效
    冲击压稳施工时其冲压机的拖拉速度为7～12km/h，而要使板块达到破碎要求，需要来回冲压15～20遍，破碎速度为200～300m/h。冲压结束后再用轮胎压路机进行压实。打裂压稳施工所用门式冲击锤冲压，冲压1次即可完成破碎，故破碎效率比较高，其破碎速度约为400～500m/h。多锤头破碎机的破碎速度为150～300m/h。上述3种破碎处理方法，在破碎后或用轮胎压路机进行压实，或用Z字形压路机进行压实。
    要完成全部施工，对于冲击压稳和打裂压稳，由于需要在破碎后上面先加铺20～25cm厚的半刚性基层，则整个施工周期比较长。采用多锤头破碎技术，则可以直接加铺沥青面层，因而整个施工周期较短，湖州104国道埭溪路段2km“白改黑”试验路段施工，前后仅花了10天时间，故工效高、速度快，社会效益也高。
3.3 施工对周围环境的影响
    采用多锤头碎石化技术，由于施工速度快时间短，对交通和周围居民的干扰影响小。因直接加铺12～15cm沥青面层，路面标高增加不多，对沿线的排水影响较小，这在经过居民区时显得非常重要。同时由于其锤头质量仅650kg，锤击时产生的震动不大，对沿线的民房等建筑物没有影响。
    打裂压稳机械施工时，机械的冲击锤质量达5t，因而对地面的冲击力很大，影响沿线民房等建筑物。采用冲击压稳施工时，多边形压路机要来回冲击压实15～20次，不仅持续时间长，而且冲击力又大，对沿线建筑物有较大影响，故要求建筑物距离道路15m以上，但有时仍会引起居民的不满，甚至发生过村民阻拦施工的纠纷。
采用冲击压稳或打裂压稳技术，要先加铺20～25cm半刚性基层，再加上10～13cm沥青面层，故标高抬高达30～38cm，影响原地面排水系统。
    相比之下，采用多锤头施工对道路周遍环境的影响小，因此特别适合通过城镇道路的混凝土路面改造。
3.4 施工费用
    由于受建设资金的限制，旧混凝土路面“白改黑”改造的费用，往往是影响选择板块处理技术方法的主要因素。
    上述几种板块破碎处理方法，因所消耗的功能不同，以及受市场因素的影响，目前所需的费用有较大的差别。如果以单位面积计算，冲击压稳机械作业，其费用约为5～8元/m2。打裂压稳机械作业，其费用约为12元/m2。多锤头破碎作业的费用为14～18元/m2，与其他两种机械作业费用相比约多出6～8元/m2。
    加铺半刚性基层的费用平均每1cm厚度约1元/m2，加铺20～25cm厚半刚性基层则需费用20～25元/m2。加铺沥青面层的费用，平均每1cm厚度约7元/m2。采用多锤头碎石化技术，沥青面层厚度比其他两种方法厚约3～5cm，相应增加费用21～35元/m2。
    根据以上估算，多锤头碎石化技术与其他破碎技术相比较，“白改黑”的费用约要多6～15元/m2，平均增加10元/m2。若改造9m宽的二级公路，每公里则要多支出费用9万元。
4 结语
    旧水泥混凝土路面采取“白改黑”改造技术，为防止反射裂缝可以采用冲击压稳技术、打裂压稳技术和多锤头碎石化技术。相比之下，多锤头碎石化技术具有防治反射效果好，施工速度快，工效高，对环境影响小等优点，但所需费用较高。因而应根据工程的具体情况加以选择。