水泥混凝土路面的破碎与固定技术

摘 要：从唐山市对旧水泥混凝土路面的养护实践入手，着重分析了水泥混凝土路面破碎与固 定技术的运用原理、施工中应注意问题及施工工艺等。
关键词：水泥混凝土路面 破碎与固定 原理 施工方法
1、引言
唐山市国省干线水泥混凝土路面总长度超过500公里，国道102线、205线等路线的水泥混凝 土路面已基本达到使用年限，随着近几年重交通量的增大，水泥路面损坏日益严重，对行车安全非 常不利。按照《公路养护技术规范》（JTJ 073-96）规定，水泥混凝土路面综合评定指标（SI）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治；对路面综合评定指标（SI）为 中、差，坏板率在15%~50%的路段，必须安排大中修进行处治；坏板率在50%以上的路段，必须 进行改善。为此唐山市曾在205线市站段、丰南段尝试过钻孔压浆并加铺结构层的方法来改造水 泥板体的稳定性，并得到有关专家的认可。但由于该路线各个路段水泥混凝土板体及基层部分的破损程度不同，导致有些路段的钻孔压浆效果较好， 有些路段效果则较差。以唐山市205国道为例，对东出口段、丰南新河庄收费站以西段都做了钻孔 压浆处理并都加铺了沥青混凝土结构层，现在东出口段加铺层虽然出现了一些反射裂缝，但该路 段路面综合评价指标还可达到良等以上；丰南新河庄收费站以西段则完全相反，路况很差，几乎 每一块板上加铺层都出现了不同程度的反射裂缝，而且沥青混凝土加铺层出现了坑槽、松散等病害。 为什么会出现以上两种截然相反的状况呢，究其原因，主要是基础原因，东出口段石灰土基层较 好，而丰南段水泥混凝土路面是在原沥青路面上做石渣调平层基础上实施的，基础差造成了上述 原因。事实表明，对于象丰南段这种情况，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我们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，裂缝或接 缝处的总位移还受板长的影响。以上关系可用以下关系式说明：
收缩位移=ac×ΔT×L /2
式中：ac—温度应变系数；
ΔT—温度变化差额；
L—板体长度。
另外，位于加铺沥青面层之下的开裂板，其水平位移也会引起裂缝上方结构层部位很大的拉应 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。车辆通过接缝或裂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。
由此可见，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 裂缝出现的机率，降低水泥混凝土板体长度，也就将板体破碎成小块儿，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。
3、破碎与固定技术的实施要点
3.1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46~60cm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。破碎形式应既能减少板的过度位移（垂直 的和水平的），又能使板作为加铺层的稳定的基础结构。破碎技术运用以获得穿透板全深，而又难以 看出明显的裂缝为佳。破碎的水泥混凝土块可以适当有一些大于60cm的碎块，但超过60cm的碎块 的数量不能超出破碎总量的20%.
3.2固定
水泥混凝土路面经过破碎以后，应将混凝土块稳固到基层上。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，要求水泥混凝土碎块儿不能有任何松动。
4、破碎与固定技术的几种施工方法
4.1破碎与固定分步实施
顾名思义，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（图1、2为我市205国道大 修照片）。首先是破碎，主要是利用各种型号的打桩机、截断桩锤、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50cm左右。其次是固定，固定的方法是用重型静 碾压路机碾压，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，就好象筛子一样，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50T的重型轮胎式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剥落部分要用砂浆回素混凝土等材料回填，保证加铺结构层以下 没有空洞。
4.2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步结 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以达到250T，利 用这样大的冲压力将水泥混凝土面板压裂并将板体压实以起固定作用（图3、4、5为LANDPAC冲 击式压路机施工现场及效果图）。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50米确定一点测定其高程，施工时每碾压5遍测一次，当前后两次高差小于 5mm时，即认为破碎并碾压密实（该指标及控制要求为南非LANDPAC施工单位提供）。
5、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强度造 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%以上投资。
总之，水泥混凝土路面的破碎与固定技术从目前来说是一项新技术，由于水平有限，有些方面论 证可能不是很充分，请同行多提宝贵意见。
参考文献：
1、《公路养护技术规范》（JTJ 073-96）
2、《高等级公路养护技术与养护机械》