水泥混凝土路面的破碎與固定技術(shù)

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1、引言

　　唐山市國省干線水泥混凝土路面總長度超過500公里，國道102線、205線等路線的水泥混凝土路面已基本達(dá)到使用年限，隨著近幾年重交通量的增大，水泥路面損壞日益嚴(yán)重，對行車安全非常不利。按照《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073-96）規(guī)定，水泥混凝土路面綜合評定指標(biāo)（SI）為優(yōu)、良，壞板率在5%～15%的路段，除按正常的養(yǎng)護(hù)程序進(jìn)行接縫、裂縫修理以及破碎板處理外，宜安排大中修進(jìn)行處治；對路面綜合評定指標(biāo)（SI）為中、差，壞板率在15%~50%的路段，必須安排大中修進(jìn)行處治；壞板率在50%以上的路段，必須進(jìn)行改善。為此唐山市曾在205線市站段、豐南段嘗試過鉆孔壓漿并加鋪結(jié)構(gòu)層的方法來改造水泥板體的穩(wěn)定性，并得到有關(guān)專家的認(rèn)可。但由于該路線各個(gè)路段水泥混凝土板體及基層部分的破損程度不同，導(dǎo)致有些路段的鉆孔壓漿效果較好，有些路段效果則較差。以唐山市205國道為例，對東出口段、豐南新河莊收費(fèi)站以西段都做了鉆孔壓漿處理并都加鋪了瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層，現(xiàn)在東出口段加鋪層雖然出現(xiàn)了一些反射裂縫，但該路段路面綜合評價(jià)指標(biāo)還可達(dá)到良等以上；豐南新河莊收費(fèi)站以西段則完全相反，路況很差，幾乎每一塊板上加鋪層都出現(xiàn)了不同程度的反射裂縫，而且瀝青混凝土加鋪層出現(xiàn)了坑槽、松散等病害。為什么會(huì)出現(xiàn)以上兩種截然相反的狀況呢，究其原因，主要是基礎(chǔ)原因，東出口段石灰土基層較好，而豐南段水泥混凝土路面是在原瀝青路面上做石渣調(diào)平層基礎(chǔ)上實(shí)施的，基礎(chǔ)差造成了上述原因。事實(shí)表明，對于象豐南段這種情況，采用一般的養(yǎng)護(hù)修復(fù)手段是不行的，水泥混凝土路面的破碎與固定技術(shù)是修復(fù)水泥混凝土路面并改善其基礎(chǔ)的一種有效方法。

　　2、破碎與固定技術(shù)的原理

　　在舊水泥混凝土路面板上加鋪瀝青混凝土結(jié)構(gòu)層是我們修復(fù)水泥混凝土路面的常用技術(shù)，但由于水泥板體的不連續(xù)性，導(dǎo)致加鋪層很容易出現(xiàn)反射裂縫，通常我們認(rèn)為反射裂縫產(chǎn)生的力學(xué)機(jī)理是加鋪層承受原路面因垂直和水平位移引起的應(yīng)力。垂直位移是下層路面接縫、裂縫處的不均勻位移，是溫度和含水量的變化引起的膨脹和收縮造成的。除下層路面板的溫度和含水量的變化以外，裂縫或接縫處的總位移還受板長的影響。以上關(guān)系可用以下關(guān)系式說明：

　　收縮位移=ac×ΔT×L/2

　　式中：ac—溫度應(yīng)變系數(shù)；

　　ΔT—溫度變化差額；

　　L—板體長度。

　　另外，位于加鋪瀝青面層之下的開裂板，其水平位移也會(huì)引起裂縫上方結(jié)構(gòu)層部位很大的拉應(yīng)力。同樣，垂直位移也引起了加鋪層內(nèi)的很大的剪應(yīng)力。因?yàn)闉r青混凝土面層在較低溫度時(shí)抗彎強(qiáng)度較低，所以也只能承受較小的溫度應(yīng)力。車輛通過接縫或裂縫會(huì)引起不均勻的垂直位移，這種位移的量取決于接縫或裂縫處的荷載傳遞以及下層混凝土板內(nèi)產(chǎn)生的位移。

　　由此可見，如果將水泥混凝土板體的長度縮短，也就相應(yīng)降低了板的收縮位移，從而降低反射裂縫出現(xiàn)的機(jī)率，降低水泥混凝土板體長度，也就將板體破碎成小塊兒，以上過程就是水泥混凝土路面的破碎；水泥混凝土路面板體破碎后，水泥混凝土塊與塊之間要形成嵌鎖，使碎塊均能與基層接觸，以提高該結(jié)構(gòu)層的承載能力，此過程就是水泥混凝土路面的固定。

　　因此說水泥混凝土路面的破碎與固定技術(shù)是控制加鋪層反射裂縫的一種方法，破碎與固定的目的就是將水泥混凝土破碎成小塊，以消除產(chǎn)生反射裂縫的溫度應(yīng)力，并使塊體與塊體之間形成嵌鎖，增加基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對其上的加鋪層提供較好的支承。

　　3、破碎與固定技術(shù)的實(shí)施要點(diǎn)

　　3.1 破碎

　　破碎與固定是在保留水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的某種程度完整性的同時(shí)將其破碎成邊長46~60cm碎塊的過程，而不是把水泥混凝土路面變成尺寸較小的碎塊。破碎形式應(yīng)既能減少板的過度位移（垂直的和水平的），又能使板作為加鋪層的穩(wěn)定的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。破碎技術(shù)運(yùn)用以獲得穿透板全深，而又難以看出明顯的裂縫為佳。破碎的水泥混凝土塊可以適當(dāng)有一些大于60cm的碎塊，但超過60cm的碎塊的數(shù)量不能超出破碎總量的20%。

　　3.2 固定

　　水泥混凝土路面經(jīng)過破碎以后，應(yīng)將混凝土塊穩(wěn)固到基層上。固定板塊的目的是各點(diǎn)均能與基層接觸，從而提高承載能力。只有以足夠的重量作用于路面并用碾壓機(jī)械碾壓才能消除板塊松動(dòng)。如果板塊固定不當(dāng)，混凝土塊就會(huì)松動(dòng)并引起加鋪層更為嚴(yán)重的反射裂縫。因此，對于水泥混凝土破碎板塊的固定，要求水泥混凝土碎塊兒不能有任何松動(dòng)。

　　4、破碎與固定技術(shù)的幾種施工方法

　　4.1 破碎與固定分步實(shí)施

　　顧名思義，破碎與固定分步實(shí)施就是將破碎與固定分成兩個(gè)工序進(jìn)行。首先是破碎，主要是利用各種型號的打樁機(jī)、截?cái)鄻跺N、沖擊錘及共振式路面破碎機(jī)等將路面破碎，破碎前要確定錘的破碎點(diǎn)，一般錘距為50cm左右。其次是固定，固定的方法是用重型靜碾壓路機(jī)碾壓，以重型輪胎壓路機(jī)為首選，因?yàn)殇撦唹郝窓C(jī)或振動(dòng)壓路機(jī)在碾壓時(shí)接觸面不均勻，尤其是振動(dòng)壓路機(jī)，就好象篩子一樣，會(huì)使一些小型碎塊下沉，造成破碎塊體更加松動(dòng)而不能起到固定作用。借鑒國外相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)利用50T的重型輪胎式壓路機(jī)碾壓幾遍的固定方法比較不錯(cuò)。對于一些破碎后產(chǎn)生的混凝土過分剝落部分要用砂漿回素混凝土等材料回填，保證加鋪結(jié)構(gòu)層以下沒有空洞。

　　4.2 破碎與固定同步進(jìn)行

　　同步進(jìn)行主要是利用重型沖擊式壓路機(jī)對水泥板進(jìn)行碾壓，使舊水泥板完全破碎并與下步結(jié)構(gòu)層充分接觸，同時(shí)保證水泥混凝土板體保留大部分強(qiáng)度。例如，南非LANDPAC沖擊式壓路機(jī)，該壓路機(jī)就是將水泥混凝土路面板的破碎與固定技術(shù)融為一體，水泥混凝土面板的破碎與固定是利用該壓路機(jī)本身的重力及工作時(shí)的沖擊力來完成的，其工作時(shí)壓路機(jī)碾壓力可以達(dá)到250T，利用這樣大的沖壓力將水泥混凝土面板壓裂并將板體壓實(shí)以起固定作用。對于該施工方法的指標(biāo)控制一般采用高差控制，高差的控制方法是在施工前，每車道50米確定一點(diǎn)測定其高程，施工時(shí)每碾壓5遍測一次，當(dāng)前后兩次高差小于5mm時(shí)，即認(rèn)為破碎并碾壓密實(shí)（該指標(biāo)及控制要求為南非LANDPAC施工單位提供）。

　　5、經(jīng)濟(jì)效益分析

　　由于該技術(shù)是利用舊水泥混凝土板體破碎固定后作為底基層，沒有對水泥混凝土面板結(jié)構(gòu)強(qiáng)度造成破壞。但如果將水泥混凝土板破壞后清除，再按照有關(guān)規(guī)范做結(jié)構(gòu)層，比將水泥混凝土板體破碎固 定增加50%以上投資。

　　總之，水泥混凝土路面的破碎與固定技術(shù)從目前來說是一項(xiàng)新技術(shù)，由于水平有限，有些方面論證可能不是很充分，請同行多提寶貴意見。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1、《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 073-96）

　　2、《高等級公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)與養(yǎng)護(hù)機(jī)械》