多锤头碎石化技术在水泥混凝土路面大修中的应用

第３７卷第３期　湖南交通科技　Ｖ０１．３７　Ｎｏ．３　２０１１年９月　ＨＵＮＡＮ　ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｓｅｐ．２０１１　文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１　１）０３—００２３。０３　多锤头碎石化技术在水泥混凝土路面大修中的应用　曾俊标。李洪丙　（广东华美加工程顾问有限公司，广东广州５１０６２７）　摘要：结合Ｇ３２４线ＳＷ段路面大修技术方案和旧路路面使用状况，通过现场试验，确　定了多锤头碎石化施工设备技术参数和施工工艺，提出了碎石化施工过程质量控制指标和标　准，碎石化施工质量取得了预期的效果。　关键词：旧混凝土路面；多锤头碎石化；施工工艺；技术标准；施工质量　中图分类号：Ｕ　４１６．２１６　文献标识码：Ｂ　水泥混凝土路面凭借其具有强度高、稳定性好、　也承受着繁重的交通荷载，特别是超载车辆增加，导　耐久性好、造价适当、养护维修费用小、抗滑性能好、　致路面破损状况进一步发展，出现了短板、错台、沉　抗水害性强、材料来源广泛、施工机械简单等优点，　陷等病害，严重影响了道路的通行能力和服务水平。　在全国各级公路中被广泛采用，特别是在２Ｏ世纪　路面使用状况检测结果显示，本项目大多路段路面　８０、９０年代修建的路面，多以水泥混凝土路面为主。　断板率大于３０％、面板脱空率约４４．６％左右，旧水　早期修建的水泥混凝土路面，已达到使用设计　泥混凝土板弯拉强度标准值为４．８２　ＭＰａ。经有关　年限的末期。近几年，随着我国经济快速发展，交通　主管单位批准，管养单位决定对该路段路面进行大　量快速增长，特别是超重车辆的增多，路面出现各种　修。大修工程路面设计技术方案如下：将现有旧混　病害，且发展迅速，严重削弱了路面结构强度，降低　凝土路面进行碎石化、碾压形成稳固强度后，加铺　了道路的服务水平，致使早期修建的大量水泥混凝　２　ｃｍ乳化沥青封层，再加铺２６　ｅｍ水泥混凝土面　土路面进入了大修改造阶段。采用哪一种技术方案　板。旧混凝土板碎石化后经碾压形成稳固结构层作　对水泥混凝土路面进行大修改造，特别是如何充分　为大修后路面基层，基层顶面设计当量回弹模量为　利用现有路面结构剩余强度，国内外许多道路管理　１２６　ＭＰａ。　部门和研究机构进行了大量的研究。多锤头碎石化　技术凭借着就地破碎、工艺简单、碎石化后经碾压形　２　多锤头碎石化技术特点　成稳固基层结构、施工速度快、节省路面大修投资以　多锤头碎石化技术是通过专用设备一次性破碎　及注重环保等优点，已成为旧混凝土路面大修改造　１日水泥混凝土面板，破碎后其颗粒粒径小，力学模式　的技术方案之一…。本文以Ｇ３２４线ＳＷ段水泥混　趋向于级配碎石，因而将其命名为碎石化。碎石化　凝土路面大修工程为例，通过现场试验，确定了多锤　并经振动碾压后旧混凝土路面结构不仅具有一定承　头碎石化施工设备技术参数和施工工艺，提出了碎　载力，而且具有有效防止或限制反射裂缝发生、发展　石化施工过程质量控制指标和标准，碎石化施工质　的作用。实施多锤头碎石化主要设备有多锤头破碎　量取得了预期的效果。　机和ｚ形格网式单钢轮振动压路机。　１　工程概况　多锤头破碎技术是通过多个锤头不停的上下起　落，对路面形成连续的锤击作用，在锤头的提升过程　Ｇ３２４线ＳＷ段于１９９２年改建成，道路等级为　中，液压系统提升锤头使锤头产生势能，在锤头下落　二级公路，原路面结构为２５　ｃｍ混凝土板＋１５　ｃｍ　的过程中，势能转化为动能，对路面产生锤击作用使　水泥石灰稳定土基层＋１５　ｃｍ水泥石灰稳定土底基　旧路面板破碎。　层。随着项目沿线地区社会经济的快速发展，道路　碎石化采用与多锤头破碎机配套使用ｚ格网　收稿日期：２０１１—０３—１５　基金项目：交通运输部交通运输行业联合科技攻关项目（项目编号：２００９—３５３—３４４—６００）　作者简介：曾俊标（１９８０・），男，工程师，主要从事道路工程试验检测、技术咨询和研究工作。　湖南交通科技　３７卷　式型压路机，其作用是进一步碾压碎石化后的旧路　３．１．２对特殊路段进行处理　面，对破碎后的路面进行补充破碎，从而确保碾压效　果和表面平整。施工过程中，采用振动压实作业，使　破碎后的水泥混凝土块形成内部嵌挤、高密度、高强　度结构的新结构层。　在破碎之前应先修复软弱基层和底基层，对混　凝土路面存在其他缺陷的路段，如沉陷、错台　翻浆　等应清除后采用级配碎石填充并压实。　３．１．３做好交通管制及分流工作　３　多锤头碎石化施工工艺　根据路面大修工程施工期间交通组织设计方　案，结合项目实际施工进度计划，进行交通分流，以　３．１施工前准备工作　确保交通顺畅以及施工安全。　碎石化施工前先对旧水泥混凝土路面破损状况　３．２碎石化施工设备参数确定　进行调查，以确定碎石化施工工艺。同时，需先对施　本文采用多碎石化设备为国产化的自行式多锤　工路段的敏感的构造物进行标识、旧路特殊地段进　头破碎机，其后携带８对重锤呈两排分布，后排重锤　行处理以及做好施工期间交通管制工作等。　对角装配在前排重锤间隙中心。重锤的重量为８００　３．１．１标识沿线构造物　～９００　ｋｇ，破碎频率为２０～４０次／ｍｉｎ，每对重锤由　对采用多锤头破碎机破碎的路段，因锤头下落　单独的液压控制系统控制，能够以相同的行进速度　引起的震动，对特殊构造物（小桥、涵洞等）的安全　和不同的提升高度、频率对路面进行冲击破碎。经　使用性能造成很大影响。因此，需对构造物顶部及　试验路试验后，确定多锤头破碎机技术参数，如表ｌ　两侧１日混凝土板采取挖除换板或其它处治措施进行　所列。　处理，而对于对沿线不同距离的路边建筑物或不同　旧混凝土路面破碎后，采用ｚ型钢轮压路机进　埋深的管线等，采用不同标志的红色油漆标注清楚，　行振动压实，再采用光轮压路机进行振动压实。其　分别使用不同的破碎能量施工，以确保其安全。　中，ｚ型钢轮压路机自重为１８　ｔ，光轮压路机自重为　表１　多锤头破碎机施工主要技术参数　１３　ｔ。振动压实时，ｚ型钢轮压路机采用高频高幅，　工质量将直接影响着本项目路面结构设计Ｏ若质量　光轮压路机采用高频低幅。　控制不到位，可能使新建路面结构强度趋于偏危险　３．３碎石化施工技术要点　状态。因此，对碎石化旧混凝土路面进行检测，是控　在完成各项施工准备工作后，将多锤头破碎机　制路面施工质量的重要措施之一。结合相关研究成　行驶到施工区域内，破碎旧混凝土路面１遍，再用ｚ　果和实践经验　】，确定碎石化后旧混凝土路面质量　型钢轮压路机振动压实３遍，之后用光轮压路机振　检测项目，检测项目为碎石化层的粒径范围与碎石　动压实２遍。　化后旧路面整体强度检测。　多锤头破碎机进行破碎：先破碎硬路肩，然后　碎石化层的粒径检测方法：在施工区内随机选　破碎主车道。两车道破碎要保证１５　ｃｍ左右的搭接　取不少于２处／ｋｍ，每处试坑开挖面积约１　ｍ　的　宽度。同时，在破碎路两侧路肩时可适当降低锤头　（应避开有横向接缝或工作缝的位置），试坑应开挖　高度，减小落锤间距，既保证破碎效果，又不至于因　至旧混凝土底部，以能在全深度范围内检查碎石化　破碎功过大而使路肩破碎过度。多锤头破碎机行走　后的颗粒是否在规定的粒径。碎石化旧混凝土路面　时，还要注意用横杆保持破碎位置，并根据旧水泥混　顶面当量回弹模量和弯沉检测按ＪａＧ　Ｅ６０—２００６规　凝土路面的强度差异随时优化调整行进速度、落锤　定的方法进行测试　。　高度、频率等参数，尽量达到路面破碎粒径均匀。　４．２施工质量控制标准　４　施工质量控制　４．２．１碎石化后粒径检测　碎石化后旧混凝土路面结构由板体结构转变为　４．１检测内容及方法　松散体结构，其结构强度由碎石化后碎石级配相互　根据路面大修设计方案，碎石化后的旧混凝土　嵌挤形成，级配组成情况将对路面强度均匀性产生　路面作为加铺水泥混凝土路面的基层，其碎石化施　较大影响，为保证碎石化后旧混凝土路面整体强度　３期　曾俊标，等：多锤头碎石化技术在水泥混凝土路面大修中的应用　２５　均匀性。对碎石化后旧混凝土的粒径大小进行检　测，按照一定检测频率对破碎后的水泥混凝土层开　挖试坑，试坑开挖至基层，验证其破碎后的粒径大　化旧混凝土路面进行粒径、顶面当量回弹模量和顶　面弯沉进行检测，检测结果如表３～表５所列。　表３碎石化后的旧混凝土破碎粒径检测结果　小，其质量控制标准如表２所列。　表２碎石化粒径检测验收标准　４．２．２弯沉值检测　根据我国现行路面设计规范，水泥混凝土路面　基层结构设计参数是采用基层顶面当量回弹模　量　Ｊ。新建公路路面基层顶面当量回弹模量通过　实测其以下各结构层抗压回弹模量、路床顶面的回　弹模量，并根据各结构层厚度计算出基层顶面当量　回弹模量。而对于旧路改造公路路面顶面当量回弹　模量则是采用间接法获得，即根据路面顶面实测弯　沉值，采用经验公式计算转化为当量回弹模量值。　现行设计规范推荐的经验公式是根据柔性路面顶面　当量回弹模量与弯沉关系建立的，与本项目实际条　件不相符，有必要通过实测碎石化路面顶面当量回　弹模量和弯沉来建立起关系式，便于在施工过程中　的质量控制。　对承载板法实测顶面回弹模量检测点进行贝克　曼梁弯沉值检测，根据检测结果，可以得出顶面当量　模量与弯沉关系图，如图１。　一　ｇ　Ｅ　０　一　、　避　静　图１碎石化后旧路顶面当量回弹模量与弯沉的关系图　由此回归得出顶面当量模量与弯沉关系式：　Ｚ＝２４３　３３６Ｅ￡一　，　’　（相关系数Ｒ　＝０．８３５，测点凡＝１２）　本项目碎石化旧路顶面当量回弹模量设计值为　１２６　ＭＰａ，由上述换算公式可计算出碎石化旧路顶　面回弹弯沉验收标准为不大于９５（０．０１　ｍｍ）。　４．３碎石化路段检测结果　按照前述碎石化施工工艺进行破碎后，对碎石　注：根据现行规范和项目实际情况代表值保证率取７５％。　表４碎石化路段路面顶面当量回弹模量检测结果　注：根据现行规范和项目实际情况代表值保证率取９０％。　表５碎石化路段路面顶面弯沉检测结果　注：根据现行规范和项目实际情况代表值保证率取９５％。　由表３～表５检测结果可见：　１）碎石化后自上往下旧混凝土板破碎粒径由　小变大，其中以中间部位的粒径范围变异最大，底部　次之，上部最小，这与多锤头破碎机锤头作用力大小　有直接的关系，上部受力最大，底部最小，而中间受　力状况则受到上部破碎情况和基层强度的影响。　２）各路段碎石化路面顶面当量回弹模量代表　值满足设计要求。顶面当量回弹模量和和弯沉值变　异水平较大，这是由于碎石化后旧混凝土板由板体　结构转化为松散体结构，整体强度降低，其强度大小　也受到碎石化后的旧混凝土粒径大小和级配类型的　影响。　３）各路段碎石化路面碎石粒径大小均能满足　上述技术要求，其顶面当量回弹模量和弯沉均能满　足设计要求。　５　结语　１）多锤头碎石化技术适用于旧混凝土板断板　率、脱空率高的路段，但由于碎石化施工时，对道路　周围产生较大的冲击力，为保证道路周围结构物或　（下转第１４２页）　１４２　湖南交通科技　３７卷　续表１某条高速公路机电设备寿命分析　最终得出设备更换计划表，见表２。　４结束语　科学合理地确定高速公路机电设备的寿命，能　够提高设备的使用效率和降低能耗，对充分发挥高　速公路的效能和正常运行具有重大作用。本文关于　高速公路机电设备的寿命分析还有较多不足之处。　各类寿命指标可以进行综合考虑，还有待进一步加　强。　表２某条高速公路机电设备更换计划表　年份　２０１０　２０１１　需更换设备　工控机、收发卡机、收费键盘、票据打印机、自动栏杆机、计重设备、车辆检测器、内部对讲、车检器、彩色喷墨打印机　费额显示器、车牌识别、服务器、车道摄像机、室内摄像机、广场摄像机、硬盘录像机、监视器、视频分配器、激光打印机、入口　情报板、大型可变情报板、限速标志、能见度、外场摄像机　显示器、工作站、ＵＰＳ、地图板　多串口卡、光端机　…‘　２０１２　２０１３　参考文献：　［１］李荣平．对高速公路机电设备使用寿命的思考［Ｊ］．中国交通信　息产业。２０１０：１０６—１０８．　［４］Ｎａｔｌａｉ　Ｈｒｉｔｏｎｅｎｋｏ，Ｙｕｒｉ　Ｙａｔｓｅｎｋｏ．Ｔｈｅ　Ｄ＝　ｓｅａｒｃｈ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００８，３６：５６５—５６８．　∞ｏｆ　Ａｓｓｅｔ　Ｌｉｆｅｉｔｍｅ　Ｕｎｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｈａｎｇｅ［Ｊ］．Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ　Ｒｅ－　［２］Ｒｕｅｙ　ｈｕｅｉ　ｙｅｌｌ，Ｋｏｗ－Ｃｈｉｎ　Ｋａｏ．Ｏｐｔｉｍａｌ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　Ｍａｉｎｔｅ－　ｎａｎｃｅ　Ｐｏｌｉｃｙ　ｆｏｒ　Ｌｅａｓｅｄ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｕｓｉｎｇ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ｒａｔｅ　Ｒｅ－　［５］李［６］陈卓．高速公路机电设备故障预测及维修决策系统研究［Ｄ］．　琦．基于可靠性的设备维护优化研究［Ｄ］．天津：天津大学，　西安：长安大学。２００９．　ｄｕｅｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｉｎｄｕｓｔｒｉｌａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００９，５７（Ｉ）：　３Ｏ４—３０９．　２０ｏ８．　［３】Ｎａｄｅｒ　Ｍ　Ｏ，Ｄａｎ　Ｍ　Ｆ．Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　ｏｆ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ａｎｄ　Ｗｉｔｈｏｕｔ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ：Ａｎ　Ａｐｐｒｏａｃｈ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｌｉｆｅ．　［７］饶永波，常治元，等．高速公路机电设备使用寿命预测模型［Ｊ］．　河南科技大学学报，２０１１，３２（２）：１２—１５．　ｔｉｍｅ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｓａｆｅ－　ｔｙ，２０１０，９５（５）：５２０—５３３．　［８］李景元，李久州，等．油气管道站场生产设备使用寿命研究［Ｊ】．　油气储运，２００９，２８（９）：７３—７５．　（上接第２５页）　造价。　建筑物安全，此技术方案不适应于道路结构物或建　筑物５　ｍ内的路段。　２）碎石化施工技术可行，便于操作和控制，碎　石化后的旧水泥混凝土路面整体强度较高，均匀性　尚可，其可作为新建路面的基层，为新建路面整体结　构强度提供良好的基础条件。　３）提出了碎石化施工过程质量控制指标和标　准，碎石化施工质量取得了预期的效果。　４）碎石化技术较其他常见的路面大修技术减　５）施工速度快，缩短了路面大修对道路交通的　干扰，减低了大修工程的社会成本，有利社会和谐发　展。　参考文献：　［１］张玉宏．水泥混凝土路厩碎石化综合技术研究［Ｄ］．南京：东南　大学，２００６．　［２］ＪＴＧ　Ｅ６０—２００８，公路路基路面现场测试规程【ｓ］．　［３］ＤＢ　３７／ｆｒ　１１６０—２００９，旧水泥混凝土路面碎石化技术规程［Ｓ］．　［４］ＪＴＧ　Ｄ４０－２００２，公路水泥混凝土路面设计规范【ｓ］．　少了对旧路路面病害处治的工作量，避免旧板挖除　废弃，大大降低了路面等大修对环境污染，降低工程