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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，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、兩側邊溝越來越深、護欄設施越來越矮、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上，普通公路大中修實際，提出加快建設“兩型”公路，倡導綠色養(yǎng)護，大力推廣碎石化和冷再生技術，明確了水泥路面碎石化、瀝青路面冷再生的路面設計原則、路面典型結構、主要技術要求等，切實保證普通干線公路大中修路面工程質量，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及施工方案

1、碎石化改造技術的起源

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，項目數量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列入規(guī)范。

2、碎石化改造技術的概念

所謂碎石化技術，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）罩面上出現反射裂縫，并產生一個用與hma罩面的均勻基層。

3、碎石化改造技術的幾大特點；

（1）碎石化技術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合,內部嵌擠.高密度的材料層為瀝青罩面提供更高的結構強度。

 （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、施工方案編制依據及范圍

 （1）所需改造路段水泥混凝土路面破壞現狀

 （2）美國有關水泥混凝土路面碎石化的技術資料

 （3）交通部現行的規(guī)范及標準

 （4）國內水泥混凝土路面碎石化項目的實施經驗總結

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其使用功能，或已不能達到結構強度要求的情況下，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構，基層或底基層，然后再加鋪新的路面結構。

山東省公路局研究員王松根副局長在《山東公路養(yǎng)護技術應用與研究》一書中詳細闡述了碎石化技術的特點和應用。下面簡略總結一下碎石化改造施工方案。

   6、碎石化技術采用的設備

（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的自行式破碎設備，設備后部平均配備兩排成對錘頭，這樣在設備全寬范圍內可以連續(xù)破碎，錘頭的提升高度在油缸行程范圍內可獨立調節(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、碎石化前的準備工作

（1）清除存在的瀝青面層 在碎石化前，應清除水泥混凝土路面上的瀝青修復材料，因為這些材料的存在會影響到破碎的效果。

（2）隱藏構造物的調查與標記 破碎前，結合設計圖紙及業(yè)主單位提供的有關隱藏構造物，如：暗涵、底下管線等情況進行調查，以確定破碎是否會對這些構造物造成損壞。通常，構造物埋深在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 與橋梁連接段應標明破碎的位置，根據實際情況，可以破碎到橋頭搭板的后端，或根據路面設計線的高程破碎到監(jiān)理指定位置。未破碎的路面應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的路面加寬或路肩修復，也應在施工之前修復到混凝土路面的高程

8、破碎試驗路段

在認可水泥路面破碎機破碎程序之前，承包商應完成實驗路段并經監(jiān)理工程師認可。試驗路段應為監(jiān)理工程師在工程項目范圍內確定的位置，尺寸為車道全寬，長度為100-200米。承包商應記錄不同的破碎情況相對應的水泥路面破碎機設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，根據監(jiān)理的指令、承包商應開挖試坑。試坑不能選擇在有橫向接縫或工作縫的位置，路面破碎粒徑應在全深度內檢測，試坑應用密級配碎料回填并壓實至要求。通過實驗段破碎，最終，符合要求的破碎設置應記錄備查。試驗路段確定的破碎機程序將用于本工程。承包商應不斷地監(jiān)控破碎操作并應該在施工過程中不斷地進行調整以確保結果滿足要求（成渝高速龍泉段施工現場）

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進行清除。

（3）凹處回填 不應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)現的5cm的凹地應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，通過專用設備一次性破碎為碎塊柔性結構，因破碎后其顆粒粒徑小，力學模式更趨向于級配碎石，碎石化技術根據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 施工所需的機械設備
    多錘頭碎石化（MHB,Multi-Head Breasker）， 它利用設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：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量主要受破碎機械自身參數設置、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，即設置試驗段，通過試驗段的試破碎進行破碎機械參數的調試和施工組織措施，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。根據經驗，一般取落錘高度為1.1～1.2m，落錘間距為10cm，逐級調整破碎參數對路面進行破碎，目測破碎效果，當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。
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，試坑的選擇應避開有橫向接縫或工作縫的位置。試坑應開挖至基層，以在全深度范圍內檢查碎石化后的顆粒是否在規(guī)定的粒徑范圍內。如果破碎的混凝土路面粒徑沒有達到要求，那么設備控制參數必須進行相應的調整，并相應增加試驗段，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碎石化參數以備查，在正常碎石化施工過程中，應根據路面實際狀況對破碎參數不斷做出微小的調整。當需要對參數作出較大調整時，應及時通知監(jiān)理工程師和現場技術人員。
3.3 MHB破碎
一般情況下，MHB應先破碎路面兩側的行車道，然后破碎中部的行車道，即破碎的順序為由兩側向中間逐步進行。
    在破碎路肩時應適當降低錘頭高度，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整速度、落錘高度、頻率等，盡量達到破碎均勻，初始參數如表1。 
   

表 1 初步選定的設備控制參數范圍 

3.4 預裂要求
    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裂，以確保碎石化能夠達到預期的效果。預裂后，根據情況進行試驗段施工，重新確定碎石化破碎的施工參數。
    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)現的部分軟弱基層或路基，應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高，進行適當的攤鋪和壓實，為保證壓實效果，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進行清除，如需要，應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。
    破碎后的路面應采用Z型壓路機和單鋼輪振動壓路機壓實，碾壓遍數建議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避免過度壓實，以防造成表面粒徑過小或將碎石化層壓入基層。
    3.9 乳化瀝青透層
    為使表面較松散的粒料有一定的結合力，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準。
    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考慮相應的過渡措施，如在接縫處設置高性能聚酯布等。
    3.11雨水的防治。因雨水會嚴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、碎石化質量控制
    施工質量控制應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，其分界要標記清楚。
根據選擇的設備控制參數，并根據破碎效果進行調整。
    試驗段施工結束后，對不同錘跡間距的子區(qū)段粒徑進行檢測，選擇對應的設備控制標準。
    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，測試的點位隨機確定，并應不少于9個。如果不滿足，要增加試驗段長度并根據增加落錘高度或減小錘跡間距的方式調節(jié)，以使其破碎程度增加，變異性減小，直至達到前述質量控制指標要求。
    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整，在此過程中無需繼續(xù)檢測回彈模量指標，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。
    對于下臥層強度差異較大的不同路段要作不同的設備參數調整，可在其中一段控制參數的基礎上，作小幅調整以滿足其它段的破碎要求。
    對粒徑的確認應通過開挖試坑后用卷尺量結合目測的方式進行（試坑面積為1m2，深度要求達到基層）。試坑位置的選取應具隨機性。
    試驗段測試的內容除顆粒粒徑外還有頂面的當量回彈模量（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)段內進行。以上測試的試驗段測點數至少需要9個。
    試驗子區(qū)段安排過程中應包含開始破碎的前10m和結束破碎前5m，指標的檢測不能安排在這一區(qū)域進行。
5、碎石化施工質量驗收標準
    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，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研究成果，路面碎石化后的粒徑是控制未來加鋪結構不出現早期反射裂縫的關鍵參數，作為控制碎石化工藝的關鍵指標，應滿足表2。
   

表 2 碎石化后粒徑控制范圍