水泥混凝土路面的破碎与固定技术

王洪海

(唐山市交通局公路管理站)

1 引 言

唐山市国省干线水泥混凝土路面总长度超过 500 km,且已基本上达到了使用年限,随着近几年交通量的增长和重载车辆的增加,对路面损坏非常的严重。按照《公路养护技术规范》规定,水泥混凝土路面综合评定指标为优、良,坏板率在 5%～15%的路段,除按正常的养护程序进行接缝、裂缝修理以及破碎板处理外,宜安排大中修进行处置;对路面综合评定指标为中、差,坏板率在 50%以上的路段必须进行改善。为此,我们曾在部分水泥混凝土路段,尝试过钻孔压浆并加铺结构层的方法来改善水泥板体的稳定性,但由于各路段水泥混凝土板体及基层的破损程度不同,导致各路段的钻孔压浆效果参差不齐,基层状况较好的,路面反射裂缝较少,基层状况差的,路面反射裂缝较多,且会出现坑槽和松散等现象,以上病害采用一般的养护修复手段是不行的,水泥混凝土路面的破碎与固定技术是修复水泥混凝土路面并改善其基础的一种有效方法。

2 破碎与固定技术的原理

在旧水泥混凝土路面板上加铺沥青混凝土结构层,是修复水泥混凝土路面的常用技术,但由于水泥板体的不连续性,导致加铺层很容易出现反射裂缝,通常我们认为,反射裂缝产生的力学机理是加铺层承受原路面因垂直和水平位移引起的应力。垂直位移是下层路面接缝、裂缝处的不均匀位移,是温度和含水量的变化引起的膨胀和收缩造成的。除下层路面板的温度和含水量的变化以外,裂缝和接缝处的总位移还受板长的影响。

另外,位于加铺沥青面层之下的开裂版,其水平位移也会引起裂缝上方结构层部位的很大的拉应力。同样,垂直位移也引起了加铺层内的很大的剪应力。因为沥青混凝土面层在较低温度时,抗弯强度较低,所以,也只能承受较小的温度应力。车辆通过裂缝或接缝会引起不均匀的垂直位移,这种位移的量取决于接缝或裂缝处的荷载传递以及下层混凝土板内产生的位移。

因此可见,如果将水泥混凝土板体的长度缩短,也就相应降低了板的收缩位移,从而降低反射裂缝出现的几率,降低水泥混凝土板体长度,也就是将板体破碎成小块,以上过程就是水泥混凝土路面的破碎;水泥混凝土路面板体破碎后,水泥混凝土块与块之间要形成嵌锁,使碎块均能与基层接触以提高该结构层的承载能力,此过程就是水泥混凝土路面的固定。

因此说水泥混凝土路面的破碎与固定技术是控制加铺层反射裂缝的一种方法,破碎与固定的目的就是将水泥混凝土破碎成小块,以消除产生反射裂缝的温度应力,并使块体与块体之间形成嵌锁,增加基础结构的强度,对其上的加铺层提供较好的支承。

2 破碎与固定技术的实施要点

2.1 破碎

破碎与固定是在保留水泥混凝土路面结构的某种程度完整性的同时,将其破碎成边长 40～60 cm碎块的过程,而不是把水泥混凝土路面变成尺寸较小的碎块。破碎形式应既能使板的过渡位移(垂直的和水平的),又能使板作为加铺层稳定的基础结构。破碎的水泥混凝土块,可以适当有一些大于 60 cm的碎块,但超出 60 cm的碎块不能超出破碎总量的 20%。

2.2 固定

水泥混凝土路面经过破碎以后,应将混凝土块稳定到基层上,固定板块的目的是各点均能与基层接触,从而提高承载能力,只有以足够的重量作用于路面并用碾压机械碾压,才能消除板块松动。如果板块固定不当,混凝土块就会松动,并会引起加铺层更为严重的反射裂缝。因此,对于水泥混凝土破碎板块的固定,要求水泥混凝土板块不能有任何松动。

3 破碎与固定技术的施工方法

3.1 破碎与固定分步实施

就是将破碎与固定分成两个工序进行。首先是破碎,主要是利用各种型号的冲击锤及共振式路面破碎机等将路面破碎,破碎前要确定锤的破碎点,一般锤距为 50 cm左右,以梅花状分布。其次是固定,固定的方法是用重型静压路机碾压,以重型轮胎压路机为首选,因为,钢轮压路机或振动压路机在碾压时,接触面不均匀,尤其是振动压路机就好像筛子一样会使一些小型碎块下沉,造成破碎块体更加松动,而不能起到固定作用,借鉴国外相关技术经验,发现利用 50 t的重型轮胎压路机碾压几遍的固定方法比较不错。对于一些破碎后产生的混凝土过分脱落部分要用贫混凝土等材料进行回填,保证加铺结构层以下没有空洞。

3.2 破碎与固定同步进行

同步进行主要是利用重型冲击式压路机对水泥板进行碾压,使旧水泥板完全破碎,并与下部结构层充分接触,同时保证水泥混凝土板体保留大部分强度。例如,南非 LANDPAC冲击式压路机,该压路机就是将水泥混凝土路面板的破碎与固定技术融为一体,水泥混凝土面板的破碎与固定,是利用该压路机本身的重力及工作时的冲击力来完成的,其工作时压路机碾压力可达到 250 t,利用这么大的冲压力将水泥混凝土面板压裂,并将板体压实,以起到固定作用。对于该施工方法的指标控制,一般采用高差控制,高差的控制方法是在施工前每车道 50m确定一点,测定其高程,施工时每碾压 5遍测量一次,当前后两次高差小于 5mm时,即认为破碎并碾压密实。

4 经济效益分析

由于该技术是利用旧水泥混凝土板体破碎固定后作为底基层,没有对水泥混凝土面板结构造成破坏。但如果将水泥混凝土板破坏后清除,再按照有关规范做结构层,比将水泥混凝土板体破碎固定增加 50%以上的投资。