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多錘頭水泥路面破碎機可行性報告——碎石化

日前，在全國普通干線公路大中修工程推進會上明確要求，在國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“兩型”養(yǎng)護。

針對近年來普通干線公路大中修工程，在原路面上進行加鋪罩面，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)邊溝越來越深、護欄設(shè)施越來越矮、安全隱患越來越多的實際，為貫徹“兩型交通”理念，按照交通運輸部提出“‘十二五’末國省干線公路廢舊瀝青路面材料循環(huán)利用率達到70%”的要求，在借鑒成功做法的基礎(chǔ)上，普通公路大中修實際，提出加快建設(shè)“兩型”公路，倡導(dǎo)綠色養(yǎng)護，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)計原則、路面典型結(jié)構(gòu)、主要技術(shù)要求等，切實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行的。第一個熱拌瀝青（hma）罩面的水泥混凝土路面破碎項目是1986年在美國紐約完成的，截至2001年，美國有35個州使用了此技術(shù)，項目數(shù)量300多個，使用里程達900多公里，1280萬平方米，而且美國瀝青協(xié)會及部分州將該技術(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)生一個用與hma罩面的均勻基層。

3、碎石化改造技術(shù)的幾大特點；

（1）碎石化技術(shù)是目前解決反射裂縫問題的最有效辦法

 （2）破碎并壓實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)強度。

 （3）施工簡便，改造周期短，綜合造價底。

 （4）就地再生，環(huán)保無污染，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)約了路基材料及運輸成本，提高了工程進度，大大降低了工程的總費用。同時也解決了丟棄水泥碎塊垃圾的環(huán)保問題。

 （6）對交通通行影響較小，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）國內(nèi)水泥混凝土路面碎石化項目的實施經(jīng)驗總結(jié)

5、 概述

碎石化是指針對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，或已不能達到結(jié)構(gòu)強度要求的情況下，為了解決通常情況下的加鋪方式存在反射裂縫等問題，而對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械（如多錘頭水泥路面破碎機），在對局部破壞嚴(yán)重的基層進行處治后，將舊水泥混凝土板塊破碎成較小的粒徑（底部不超過37.5cm，中間不超過22.5cm，表面不超過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在《山東公路養(yǎng)護技術(shù)應(yīng)用與研究》一書中詳細(xì)闡述了碎石化技術(shù)的特點和應(yīng)用。下面簡略總結(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

 多錘頭水泥路面破碎機是山東公路機械廠生產(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)可獨立調(diào)節(jié)，該破碎機具備一次破碎4米車道的能力。

（2）專用振動壓路機

山東公路機械廠生產(chǎn)的YZ18A Z形輪振動壓路機攜帶專門加工的鋼箍通過螺栓固定在振動鋼輪表面。它用于破碎水泥混凝土路面后的表層補充破碎。

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，因為這些材料的存在會影響到破碎的效果。

（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、底下管線等情況進行調(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)造物埋深在1米以下的不會由于破碎帶來的損壞，不滿足以上條件的可以降低錘頭高度對水泥路面進行破碎，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)實際情況，可以破碎到橋頭搭板的后端，或根據(jù)路面設(shè)計線的高程破碎到監(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有灘鋪完瀝青混凝土面層之前原則上不允許開放交通，所以對交通管制的要求比較嚴(yán)格，建議在條件允許時一次性全封閉施工段落；若條件不允許，應(yīng)至少實行半封閉施工。

（5）其它要求 任何與施工期間維持交通無關(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、破碎試驗路段

在認(rèn)可水泥路面破碎機破碎程序之前，承包商應(yīng)完成實驗路段并經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可。試驗路段應(yīng)為監(jiān)理工程師在工程項目范圍內(nèi)確定的位置，尺寸為車道全寬，長度為100-200米。承包商應(yīng)記錄不同的破碎情況相對應(yīng)的水泥路面破碎機設(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，試坑應(yīng)用密級配碎料回填并壓實至要求。通過實驗段破碎，最終，符合要求的破碎設(shè)置應(yīng)記錄備查。試驗路段確定的破碎機程序?qū)⒂糜诒竟こ�。承包商�?yīng)不斷地監(jiān)控破碎操作并應(yīng)該在施工過程中不斷地進行調(diào)整以確保結(jié)果滿足要求（成渝高速龍泉段施工現(xiàn)場）

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7.5cm，中間不超過22.5cm，底部不超過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、漲縫材料或其他類似物應(yīng)進行清除。

（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。在壓實前發(fā)現(xiàn)的5cm的凹地應(yīng)用密級配碎石料回填并壓實到要求。破碎時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）與相鄰車道的連接 破碎一個車道的過程中實際破碎寬度應(yīng)超過一個車道，與相鄰車道搭接一部分，寬度至少是15cm。

 水泥路面碎石化（Rubblization）是對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，通過專用設(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)模式更趨向于級配碎石，碎石化技術(shù)根據(jù)破碎原理和施工機械的不同，又分為兩類：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，對水泥路面碎石化施工做簡要介紹。
二、水泥混凝土路面碎石化施工工藝

1 施工所需的機械設(shè)備
    多錘頭碎石化（MHB,Multi-Head Breasker）， 它利用設(shè)備所帶多個重錘的重力下落對水泥混凝土路面板進行錘擊。MHB碎石化后要求采用Z形壓路機碾壓。這種壓路機在使用MHB破碎后用于壓實，它類似于一般的光輪壓路機，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目標(biāo)而進行。

3  碎石化施工工藝

3.1 試驗段 

舊水泥混凝土路面破碎質(zhì)量主要受破碎機械自身參數(shù)設(shè)置、破碎順序、破碎施工方向以及不同基層強度、剛度條件對破碎機械調(diào)整要求等的影響，這些因素均對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行試破碎，即設(shè)置試驗段，通過試驗段的試破碎進行破碎機械參數(shù)的調(diào)試和施工組織措施，以達到規(guī)定的粒徑和強度要求。

在有代表性的路段選擇至少長50m、寬4m（或最少一個車道）的路面作為試驗段。根據(jù)經(jīng)驗，一般取落錘高度為1.1～1.2m，落錘間距為10cm，逐級調(diào)整破碎參數(shù)對路面進行破碎，目測破碎效果，當(dāng)碎石化后的路表呈鱗片狀時，表明碎石化的效果能夠滿足規(guī)定的要求，記錄此時采用的破碎參數(shù)。
3.2 試坑
    為了確保路面被破碎成規(guī)定的尺寸，在試驗段內(nèi)隨機選取2個獨立的位置分別開挖1m2的試坑，試坑的選擇應(yīng)避開有橫向接縫或工作縫的位置。試坑應(yīng)開挖至基層，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)]有達到要求，那么設(shè)備控制參數(shù)必須進行相應(yīng)的調(diào)整，并相應(yīng)增加試驗段，循環(huán)上一個過程，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程中，應(yīng)根據(jù)路面實際狀況對破碎參數(shù)不斷做出微小的調(diào)整。當(dāng)需要對參數(shù)作出較大調(diào)整時，應(yīng)及時通知監(jiān)理工程師和現(xiàn)場技術(shù)人員。
3.3 MHB破碎
一般情況下，MHB應(yīng)先破碎路面兩側(cè)的行車道，然后破碎中部的行車道，即破碎的順序為由兩側(cè)向中間逐步進行。
    在破碎路肩時應(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度。
    兩幅破碎一般要保證10cm左右的搭接破碎寬度。
    機械施工過程中要靈活調(diào)整速度、落錘高度、頻率等，盡量達到破碎均勻，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行混凝土路面的預(yù)裂，以確保碎石化能夠達到預(yù)期的效果。預(yù)裂后，根據(jù)情況進行試驗段施工，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
    對于在碎石化施工過程中發(fā)現(xiàn)的部分軟弱基層或路基，應(yīng)對其進行開挖回填處理。首先對全線水泥路面進行碎石化并采用Z型壓路機碾壓以后，再將存在軟弱基層的水泥板塊挖除，并對其下軟弱基層進行開挖，開挖后基層采用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，進行適當(dāng)?shù)臄備伜蛪簩崳瑸楸ＷC壓實效果，最小控制尺寸不小于車道寬和1.2m長。
    3.6 凹處回填
    路面碎石化后表面小面積凹處在壓實前可以用密級配碎石回填，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鋼筋或其它類似物應(yīng)進行清除，如需要，應(yīng)填充以級配碎石粒料。
    3.8 破碎后的壓實要求
    壓實的作用主要是將破碎的路面的扁平顆粒進一步的破碎，同時穩(wěn)固下層塊料，為新鋪筑的水穩(wěn)及瀝青面層提供一個平整的表面。
    破碎后的路面應(yīng)采用Z型壓路機和單鋼輪振動壓路機壓實，碾壓遍數(shù)建議1～2遍，壓路機進行速度不宜超過5km/h，要求Z型壓路機的噸位在16噸及16噸以上。
    在路面綜合強度過高或過低的路段應(yīng)避免過度壓實，以防造成表面粒徑過小或?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，滯留的雨水會加速路基路面的損壞，因此，對破碎層，應(yīng)充分做好防止雨水的工作，如有破碎后不能馬上進行碾壓攤鋪，遇上雨水天氣，要注意破碎層的遮蓋，同時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始前，施工過程中和施工過程后分別加以控制，其一般過程如下：
選擇具有代表性路段作為試驗段，其長度最小50m，在該試驗段中安排不同錘跡間距（2cm左右極差）的子區(qū)段，每段長度不少于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)破碎效果進行調(diào)整。
    試驗段施工結(jié)束后，對不同錘跡間距的子區(qū)段粒徑進行檢測，選擇對應(yīng)的設(shè)備控制標(biāo)準(zhǔn)。
    檢測回彈彎沉（或回彈模量），驗證其是否滿足變異性要求。推薦采用回彈模量指標(biāo)，測試的點位隨機確定，并應(yīng)不少于9個。如果不滿足，要增加試驗段長度并根據(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，直至達到前述質(zhì)量控制指標(biāo)要求。
    進行大面積施工過程中，要注意單幅路面長度破碎超過1km時，在破碎粒徑產(chǎn)生突變處挖試坑抽檢，試驗粒徑是否滿足要求，如果不滿足要作小幅調(diào)整，在此過程中無需繼續(xù)檢測回彈模量指標(biāo)，而以試坑粒徑狀況與試驗段有無顯著差別作為判斷是否合格的依據(jù)。
    對于下臥層強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。
    對粒徑的確認(rèn)應(yīng)通過開挖試坑后用卷尺量結(jié)合目測的方式進行（試坑面積為1m2，深度要求達到基層）。試坑位置的選取應(yīng)具隨機性。
    試驗段測試的內(nèi)容除顆粒粒徑外還有頂面的當(dāng)量回彈模量（或增加回彈彎沉測試），檢測要在乳化瀝青灑布之后，粒徑規(guī)格的試驗子區(qū)段內(nèi)進行。以上測試的試驗段測點數(shù)至少需要9個。
    試驗子區(qū)段安排過程中應(yīng)包含開始破碎的前10m和結(jié)束破碎前5m，指標(biāo)的檢測不能安排在這一區(qū)域進行。
5、碎石化施工質(zhì)量驗收標(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。從強度角度而言，碎石化后粒徑太小會使強度降低很多，這時雖能減少反射裂縫可能，但也會帶來了原板塊強度的浪費。所以碎石化后顆粒粒徑不宜過細(xì)，而較大也不利于反射裂縫的消除，所以要對粒徑范圍作出限制。
參照國外資料和國內(nèi)研究成果，路面碎石化后的粒徑是控制未來加鋪結(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