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多錘頭水泥路面破碎機(jī)可行性報(bào)告——碎石化

日前，在全國(guó)普通干線公路大中修工程推進(jìn)會(huì)上明確要求，在國(guó)省干線公路路面大中修工程中，大力推廣碎石化和冷再生技術(shù)，積極推進(jìn)“兩型”養(yǎng)護(hù)。

針對(duì)近年來(lái)普通干線公路大中修工程，在原路面上進(jìn)行加鋪罩面，路面材料得不到循環(huán)利用，路面越修越高、越修越窄、兩側(cè)邊溝越來(lái)越深、護(hù)欄設(shè)施越來(lái)越矮、安全隱患越來(lái)越多的實(shí)際，為貫徹“兩型交通”理念，按照交通運(yùn)輸部提出“‘十二五’末國(guó)省干線公路廢舊瀝青路面材料循環(huán)利用率達(dá)到70%”的要求，在借鑒成功做法的基礎(chǔ)上，普通公路大中修實(shí)際，提出加快建設(shè)“兩型”公路，倡導(dǎo)綠色養(yǎng)護(hù)，大力推廣碎石化和冷再生技術(shù)，明確了水泥路面碎石化、瀝青路面冷再生的路面設(shè)計(jì)原則、路面典型結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)要求等，切實(shí)保證普通干線公路大中修路面工程質(zhì)量，提高路面使用性能和耐久性。

一、水泥混凝土路面碎石化改造技術(shù)及施工方案

1、碎石化改造技術(shù)的起源

碎石化起初是為了方便清除水泥混凝土路面和分離路面中的鋼筋而進(jìn)行的。第一個(gè)熱拌瀝青（hma）罩面的水泥混凝土路面破碎項(xiàng)目是1986年在美國(guó)紐約完成的，截至2001年，美國(guó)有35個(gè)州使用了此技術(shù)，項(xiàng)目數(shù)量300多個(gè)，使用里程達(dá)900多公里，1280萬(wàn)平方米，而且美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)及部分州將該技術(shù)列入規(guī)范。

2、碎石化改造技術(shù)的概念

所謂碎石化技術(shù)，就是將水泥混凝土路面破碎成一般小于38厘米混凝土塊，用以限制新鋪的熱拌瀝青（hma）罩面上出現(xiàn)反射裂縫，并產(chǎn)生一個(gè)用與hma罩面的均勻基層。

3、碎石化改造技術(shù)的幾大特點(diǎn)；

（1）碎石化技術(shù)是目前解決反射裂縫問(wèn)題的最有效辦法

 （2）破碎并壓實(shí)的混凝土路面是由破碎混凝土塊組成的緊密結(jié)合,內(nèi)部嵌擠.高密度的材料層為瀝青罩面提供更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

 （3）施工簡(jiǎn)便，改造周期短，綜合造價(jià)底。

 （4）就地再生，環(huán)保無(wú)污染，可將破碎后的路面可直接作基層或底基層，在加鋪新的面層，是舊水泥路面翻新改造的理想辦法。

 （5）將打碎的混凝土面板直接作為基層或底基層，再加鋪新的面層，是舊水泥路面翻修改造的理想方法。此種碎石化技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是不必把破損的水泥面板打碎搬走，節(jié)約了路基材料及運(yùn)輸成本，提高了工程進(jìn)度，大大降低了工程的總費(fèi)用。同時(shí)也解決了丟棄水泥碎塊垃圾的環(huán)保問(wèn)題。

 （6）對(duì)交通通行影響較小，在施工期間不需全部封閉交通。

4、施工方案編制依據(jù)及范圍

 （1）所需改造路段水泥混凝土路面破壞現(xiàn)狀

 （2）美國(guó)有關(guān)水泥混凝土路面碎石化的技術(shù)資料

 （3）交通部現(xiàn)行的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)

 （4）國(guó)內(nèi)水泥混凝土路面碎石化項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

5、 概述

碎石化是指針對(duì)舊水泥混凝土路面大面積破壞已喪失了整體承載能力，并且通過(guò)局部的挖除、壓漿等處治方式已不能恢復(fù)其使用功能，或已不能達(dá)到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的情況下，為了解決通常情況下的加鋪方式存在反射裂縫等問(wèn)題，而對(duì)舊水泥混凝土板塊采用的一種最終處理方法。該法一般是利用特殊的施工機(jī)械（如多錘頭水泥路面破碎機(jī)），在對(duì)局部破壞嚴(yán)重的基層進(jìn)行處治后，將舊水泥混凝土板塊破碎成較小的粒徑（底部不超過(guò)37.5cm，中間不超過(guò)22.5cm，表面不超過(guò)7.5cm），碾壓后作為新路面結(jié)構(gòu)，基層或底基層，然后再加鋪新的路面結(jié)構(gòu)。

山東省公路局研究員王松根副局長(zhǎng)在《山東公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用與研究》一書(shū)中詳細(xì)闡述了碎石化技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用。下面簡(jiǎn)略總結(jié)一下碎石化改造施工方案。

   6、碎石化技術(shù)采用的設(shè)備

（1）多錘頭水泥路面破碎機(jī)

 多錘頭水泥路面破碎機(jī)是山東公路機(jī)械廠生產(chǎn)的自行式破碎設(shè)備，設(shè)備后部平均配備兩排成對(duì)錘頭，這樣在設(shè)備全寬范圍內(nèi)可以連續(xù)破碎，錘頭的提升高度在油缸行程范圍內(nèi)可獨(dú)立調(diào)節(jié)，該破碎機(jī)具備一次破碎4米車(chē)道的能力。

（2）專(zhuān)用振動(dòng)壓路機(jī)

山東公路機(jī)械廠生產(chǎn)的YZ18A Z形輪振動(dòng)壓路機(jī)攜帶專(zhuān)門(mén)加工的鋼箍通過(guò)螺栓固定在振動(dòng)鋼輪表面。它用于破碎水泥混凝土路面后的表層補(bǔ)充破碎。

7、碎石化前的準(zhǔn)備工作

（1）清除存在的瀝青面層 在碎石化前，應(yīng)清除水泥混凝土路面上的瀝青修復(fù)材料，因?yàn)檫@些材料的存在會(huì)影響到破碎的效果。

（2）隱藏構(gòu)造物的調(diào)查與標(biāo)記 破碎前，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙及業(yè)主單位提供的有關(guān)隱藏構(gòu)造物，如：暗涵、底下管線等情況進(jìn)行調(diào)查，以確定破碎是否會(huì)對(duì)這些構(gòu)造物造成損壞。通常，構(gòu)造物埋深在1米以下的不會(huì)由于破碎帶來(lái)的損壞，不滿足以上條件的可以降低錘頭高度對(duì)水泥路面進(jìn)行破碎，或采用監(jiān)理工程師認(rèn)為可行的其它方案。

（3）與橋梁連接段的路面 與橋梁連接段應(yīng)標(biāo)明破碎的位置，根據(jù)實(shí)際情況，可以破碎到橋頭搭板的后端，或根據(jù)路面設(shè)計(jì)線的高程破碎到監(jiān)理指定位置。未破碎的路面應(yīng)銑刨到可以攤鋪同樣厚度瀝青罩面的程度。

（4）交通管制 由于碎石化后的路面在沒(méi)有灘鋪完瀝青混凝土面層之前原則上不允許開(kāi)放交通，所以對(duì)交通管制的要求比較嚴(yán)格，建議在條件允許時(shí)一次性全封閉施工段落；若條件不允許，應(yīng)至少實(shí)行半封閉施工。

（5）其它要求 任何與施工期間維持交通無(wú)關(guān)的路面加寬或路肩修復(fù)，也應(yīng)在施工之前修復(fù)到混凝土路面的高程

8、破碎試驗(yàn)路段

在認(rèn)可水泥路面破碎機(jī)破碎程序之前，承包商應(yīng)完成實(shí)驗(yàn)路段并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可。試驗(yàn)路段應(yīng)為監(jiān)理工程師在工程項(xiàng)目范圍內(nèi)確定的位置，尺寸為車(chē)道全寬，長(zhǎng)度為100-200米。承包商應(yīng)記錄不同的破碎情況相對(duì)應(yīng)的水泥路面破碎機(jī)設(shè)置如錘頭高度和地面行使速度等。 為確保路面被破碎成規(guī)定的尺寸，根據(jù)監(jiān)理的指令、承包商應(yīng)開(kāi)挖試坑。試坑不能選擇在有橫向接縫或工作縫的位置，路面破碎粒徑應(yīng)在全深度內(nèi)檢測(cè)，試坑應(yīng)用密級(jí)配碎料回填并壓實(shí)至要求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)段破碎，最終，符合要求的破碎設(shè)置應(yīng)記錄備查。試驗(yàn)路段確定的破碎機(jī)程序?qū)⒂糜诒竟こ獭３邪虘?yīng)不斷地監(jiān)控破碎操作并應(yīng)該在施工過(guò)程中不斷地進(jìn)行調(diào)整以確保結(jié)果滿足要求（成渝高速龍泉段施工現(xiàn)場(chǎng)）

9、 碎石化施工控制和要求

（1）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過(guò)7.5cm，中間不超過(guò)22.5cm，底部不超過(guò)37.5cm的粒徑。

（2）清除原有填縫料 在鋪筑瀝青表面前所有松散的填縫料、漲縫材料或其他類(lèi)似物應(yīng)進(jìn)行清除。

（3）凹處回填 不應(yīng)修整破碎后混凝土路面或試圖平整路面以提高線形，這樣將破壞混凝土路面碎石化以后的效果。在壓實(shí)前發(fā)現(xiàn)的5cm的凹地應(yīng)用密級(jí)配碎石料回填并壓實(shí)到要求。破碎時(shí)最好是從混凝土路面的高處向低處破碎，以避免攤鋪瀝青混凝土后影響排水。

（4）與相鄰車(chē)道的連接 破碎一個(gè)車(chē)道的過(guò)程中實(shí)際破碎寬度應(yīng)超過(guò)一個(gè)車(chē)道，與相鄰車(chē)道搭接一部分，寬度至少是15cm。

 水泥路面碎石化（Rubblization）是對(duì)舊水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。它的工藝原理是將水泥混凝土路面的面板，通過(guò)專(zhuān)用設(shè)備一次性破碎為碎塊柔性結(jié)構(gòu)，因破碎后其顆粒粒徑小，力學(xué)模式更趨向于級(jí)配碎石，碎石化技術(shù)根據(jù)破碎原理和施工機(jī)械的不同，又分為兩類(lèi)：多錘頭碎石化（MHB,Multi-Head Breasker）和共振碎石化法（RPB,Resonant Pavement Breaker）。下面根據(jù)多錘頭碎石化施工原理，對(duì)水泥路面碎石化施工做簡(jiǎn)要介紹。
二、水泥混凝土路面碎石化施工工藝

1 施工所需的機(jī)械設(shè)備
    多錘頭碎石化（MHB,Multi-Head Breasker）， 它利用設(shè)備所帶多個(gè)重錘的重力下落對(duì)水泥混凝土路面板進(jìn)行錘擊。MHB碎石化后要求采用Z形壓路機(jī)碾壓。這種壓路機(jī)在使用MHB破碎后用于壓實(shí)，它類(lèi)似于一般的光輪壓路機(jī)，只是在鋼輪上加了斜向波紋狀凸出條紋，這種條紋有以下兩方面的作用：①保證輪下顆粒不至于向外擠出：②對(duì)表面顆粒有更好的壓碎效果，有利于表面平整。
2 工藝流程圖
    碎石化有四個(gè)目標(biāo)：第一、保證舊路路基不被破壞；第二、保證舊水泥混凝土層顆粒尺寸均勻，并使整個(gè)破碎層顆粒分布均勻；第三、將舊水泥混凝土面板破碎到在接縫和裂縫處的位移不足以讓瀝青加鋪層產(chǎn)生開(kāi)裂，保證起到良好的防止反射裂縫作用；第四、保證碎石化道路處于良好的排水工況。碎石化施工工藝要圍繞這四個(gè)目標(biāo)而進(jìn)行。

3  碎石化施工工藝

3.1 試驗(yàn)段 

舊水泥混凝土路面破碎質(zhì)量主要受破碎機(jī)械自身參數(shù)設(shè)置、破碎順序、破碎施工方向以及不同基層強(qiáng)度、剛度條件對(duì)破碎機(jī)械調(diào)整要求等的影響，這些因素均對(duì)舊水泥混凝土路面的破碎程度、粒徑大小排列、形成的破碎面方向、破碎深度等產(chǎn)生影響。因此，在正式的大規(guī)模破碎化施工前有必要進(jìn)行試破碎，即設(shè)置試驗(yàn)段，通過(guò)試驗(yàn)段的試破碎進(jìn)行破碎機(jī)械參數(shù)的調(diào)試和施工組織措施，以達(dá)到規(guī)定的粒徑和強(qiáng)度要求。

在有代表性的路段選擇至少長(zhǎng)50m、寬4m（或最少一個(gè)車(chē)道）的路面作為試驗(yàn)段。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取落錘高度為1.1～1.2m，落錘間距為10cm，逐級(jí)調(diào)整破碎參數(shù)對(duì)路面進(jìn)行破碎，目測(cè)破碎效果，當(dāng)碎石化后的路表呈鱗片狀時(shí)，表明碎石化的效果能夠滿足規(guī)定的要求，記錄此時(shí)采用的破碎參數(shù)。
3.2 試坑
    為了確保路面被破碎成規(guī)定的尺寸，在試驗(yàn)段內(nèi)隨機(jī)選取2個(gè)獨(dú)立的位置分別開(kāi)挖1m2的試坑，試坑的選擇應(yīng)避開(kāi)有橫向接縫或工作縫的位置。試坑應(yīng)開(kāi)挖至基層，以在全深度范圍內(nèi)檢查碎石化后的顆粒是否在規(guī)定的粒徑范圍內(nèi)。如果破碎的混凝土路面粒徑?jīng)]有達(dá)到要求，那么設(shè)備控制參數(shù)必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，并相應(yīng)增加試驗(yàn)段，循環(huán)上一個(gè)過(guò)程，直至要求得到滿足，并記錄符合要求的MHB碎石化參數(shù)以備查，在正常碎石化施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)路面實(shí)際狀況對(duì)破碎參數(shù)不斷做出微小的調(diào)整。當(dāng)需要對(duì)參數(shù)作出較大調(diào)整時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知監(jiān)理工程師和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員。
3.3 MHB破碎
一般情況下，MHB應(yīng)先破碎路面兩側(cè)的行車(chē)道，然后破碎中部的行車(chē)道，即破碎的順序?yàn)橛蓛蓚?cè)向中間逐步進(jìn)行。
    在破碎路肩時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低錘頭高度，減小落錘間距，即保證破碎效果，又不至于破碎功較大而造成碎石化過(guò)度。
    兩幅破碎一般要保證10cm左右的搭接破碎寬度。
    機(jī)械施工過(guò)程中要靈活調(diào)整速度、落錘高度、頻率等，盡量達(dá)到破碎均勻，初始參數(shù)如表1。 
   

表 1 初步選定的設(shè)備控制參數(shù)范圍 

3.4 預(yù)裂要求
    在一些特殊路段，建議采用打裂等其它手段進(jìn)行混凝土路面的預(yù)裂，以確保碎石化能夠達(dá)到預(yù)期的效果。預(yù)裂后，根據(jù)情況進(jìn)行試驗(yàn)段施工，重新確定碎石化破碎的施工參數(shù)。
    3.5 軟弱基層或路基的處理
    對(duì)于在碎石化施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的部分軟弱基層或路基，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行開(kāi)挖回填處理。首先對(duì)全線水泥路面進(jìn)行碎石化并采用Z型壓路機(jī)碾壓以后，再將存在軟弱基層的水泥板塊挖除，并對(duì)其下軟弱基層進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖后基層采用C15素砼回填至水泥板底面高程，然后再采用水穩(wěn)碎石回填至水泥板頂面標(biāo)高，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄備伜蛪簩?shí)，為保證壓實(shí)效果，最小控制尺寸不小于車(chē)道寬和1.2m長(zhǎng)。
    3.6 凹處回填
    路面碎石化后表面小面積凹處在壓實(shí)前可以用密級(jí)配碎石回填，要求回填碎石最小粒徑為13.2mm，且粒徑大于26.5mm的比例不應(yīng)小于70%。
    3.7 原有填縫料及外露鋼筋的清除
    在鋪筑之前，所有松散的填縫料、脹縫材料、切割移除暴露在外的加強(qiáng)鋼筋或其它類(lèi)似物應(yīng)進(jìn)行清除，如需要，應(yīng)填充以級(jí)配碎石粒料。
    3.8 破碎后的壓實(shí)要求
    壓實(shí)的作用主要是將破碎的路面的扁平顆粒進(jìn)一步的破碎，同時(shí)穩(wěn)固下層塊料，為新鋪筑的水穩(wěn)及瀝青面層提供一個(gè)平整的表面。
    破碎后的路面應(yīng)采用Z型壓路機(jī)和單鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)，碾壓遍數(shù)建議1～2遍，壓路機(jī)進(jìn)行速度不宜超過(guò)5km/h，要求Z型壓路機(jī)的噸位在16噸及16噸以上。
    在路面綜合強(qiáng)度過(guò)高或過(guò)低的路段應(yīng)避免過(guò)度壓實(shí)，以防造成表面粒徑過(guò)小或?qū)⑺槭瘜訅喝牖鶎印?br />     3.9 乳化瀝青透層
    為使表面較松散的粒料有一定的結(jié)合力，同時(shí)具有一定的防水性能，建議采用慢裂改性乳化瀝青做透層，用量宜控制在2.5～3kg/m2。乳化瀝青透層表面再撒布適量石屑后進(jìn)行光輪靜壓，石屑用量以不粘輪為標(biāo)準(zhǔn)。
    3.10破碎路段邊緣處理
    碎石化和非碎石化混凝土路面接縫應(yīng)考慮相應(yīng)的過(guò)渡措施，如在接縫處設(shè)置高性能聚酯布等。
    3.11雨水的防治。因雨水會(huì)嚴(yán)重影響破碎層及其下基層的承載能力，加鋪好瀝青面層后，滯留的雨水會(huì)加速路基路面的損壞，因此，對(duì)破碎層，應(yīng)充分做好防止雨水的工作，如有破碎后不能馬上進(jìn)行碾壓攤鋪，遇上雨水天氣，要注意破碎層的遮蓋，同時(shí)要保證已安裝好的路面邊緣排水系統(tǒng)的正常有效地工作。
4、碎石化質(zhì)量控制
    施工質(zhì)量控制應(yīng)在碎石化大面積施工開(kāi)始前，施工過(guò)程中和施工過(guò)程后分別加以控制，其一般過(guò)程如下：
選擇具有代表性路段作為試驗(yàn)段，其長(zhǎng)度最小50m，在該試驗(yàn)段中安排不同錘跡間距（2cm左右極差）的子區(qū)段，每段長(zhǎng)度不少于50m，其分界要標(biāo)記清楚。
根據(jù)選擇的設(shè)備控制參數(shù)，并根據(jù)破碎效果進(jìn)行調(diào)整。
    試驗(yàn)段施工結(jié)束后，對(duì)不同錘跡間距的子區(qū)段粒徑進(jìn)行檢測(cè)，選擇對(duì)應(yīng)的設(shè)備控制標(biāo)準(zhǔn)。
    檢測(cè)回彈彎沉（或回彈模量），驗(yàn)證其是否滿足變異性要求。推薦采用回彈模量指標(biāo)，測(cè)試的點(diǎn)位隨機(jī)確定，并應(yīng)不少于9個(gè)。如果不滿足，要增加試驗(yàn)段長(zhǎng)度并根據(jù)增加落錘高度或減小錘跡間距的方式調(diào)節(jié)，以使其破碎程度增加，變異性減小，直至達(dá)到前述質(zhì)量控制指標(biāo)要求。
    進(jìn)行大面積施工過(guò)程中，要注意單幅路面長(zhǎng)度破碎超過(guò)1km時(shí)，在破碎粒徑產(chǎn)生突變處挖試坑抽檢，試驗(yàn)粒徑是否滿足要求，如果不滿足要作小幅調(diào)整，在此過(guò)程中無(wú)需繼續(xù)檢測(cè)回彈模量指標(biāo)，而以試坑粒徑狀況與試驗(yàn)段有無(wú)顯著差別作為判斷是否合格的依據(jù)。
    對(duì)于下臥層強(qiáng)度差異較大的不同路段要作不同的設(shè)備參數(shù)調(diào)整，可在其中一段控制參數(shù)的基礎(chǔ)上，作小幅調(diào)整以滿足其它段的破碎要求。
    對(duì)粒徑的確認(rèn)應(yīng)通過(guò)開(kāi)挖試坑后用卷尺量結(jié)合目測(cè)的方式進(jìn)行（試坑面積為1m2，深度要求達(dá)到基層）。試坑位置的選取應(yīng)具隨機(jī)性。
    試驗(yàn)段測(cè)試的內(nèi)容除顆粒粒徑外還有頂面的當(dāng)量回彈模量（或增加回彈彎沉測(cè)試），檢測(cè)要在乳化瀝青灑布之后，粒徑規(guī)格的試驗(yàn)子區(qū)段內(nèi)進(jìn)行。以上測(cè)試的試驗(yàn)段測(cè)點(diǎn)數(shù)至少需要9個(gè)。
    試驗(yàn)子區(qū)段安排過(guò)程中應(yīng)包含開(kāi)始破碎的前10m和結(jié)束破碎前5m，指標(biāo)的檢測(cè)不能安排在這一區(qū)域進(jìn)行。
5、碎石化施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
    5.1路面碎石化后的粒徑范圍
    水泥混凝土板塊的厚度一般在20～26cm之間，破碎后頂面粒徑較小，下部粒徑較大。從強(qiáng)度角度而言，碎石化后粒徑太小會(huì)使強(qiáng)度降低很多，這時(shí)雖能減少反射裂縫可能，但也會(huì)帶來(lái)了原板塊強(qiáng)度的浪費(fèi)。所以碎石化后顆粒粒徑不宜過(guò)細(xì)，而較大也不利于反射裂縫的消除，所以要對(duì)粒徑范圍作出限制。
參照國(guó)外資料和國(guó)內(nèi)研究成果，路面碎石化后的粒徑是控制未來(lái)加鋪結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)早期反射裂縫的關(guān)鍵參數(shù)，作為控制碎石化工藝的關(guān)鍵指標(biāo)，應(yīng)滿足表2。
   

表 2 碎石化后粒徑控制范圍