水泥混凝土路面碎石化施工工法

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》是山東省公路建設（集團）有限公司、山東省公路養護工程有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是賈海慶、張建、孫同波、張鵬；適用範圍是路面罩面上出現大量反射裂縫，大量接縫破壞，超過25%的板開裂，超過20%的工作長度出現縱縫缺陷且寬度超過10厘米，超過10%的路面需要開挖修補以達到結構性要求，超過20%的路面已經修補或需要修補，出現凍脹開裂或鹼集料反應或其先兆而需要加鋪罩面或重建，碎石化方法比其他重建方法費用低。

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》主要的工法特點是粒逕自上而下逐漸增大，內部形成緊密的咬合嵌擠的結構；表層破碎充分；工速度快、振動小、造價低。

2008年1月31日，《水泥混凝土路面碎石化施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：水泥混凝土路面碎石化施工工法
• 工法編號： YJGF232-2006
• 完成單位：山東省公路建設（集團）有限公司、山東省公路養護工程有限公司
• 主要完成人：賈海慶、張建、孫同波、張鵬
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的形成原因是：

山東省公路建設集團控股公司、山東省公路養護工程有限公司於2003年中國國內首次引進美國水泥混凝土路面多錘頭破碎機，並將其施工工藝命名為水泥混凝土路面碎石化。

水泥混凝土路面碎石化是利用多錘頭破碎機將舊水泥混凝土路面破碎成表層小於8厘米、板底小於38厘米的混凝土塊，經壓實並撒布透層瀝青後作為新建路面的基層，然後在其上鋪築瀝青混凝土面層。

在2003年的實際施工中，針對中國國內半剛性基層上鋪築水泥混凝土路面的實際情況，山東省公路養護工程有限公司對引進設備和施工工藝進行了改進，並形成了較為完善的施工體系。

2005年12月，以水泥混凝土路面碎石化為主要內容的課題“水泥混凝土路面碎石化綜合技術研究”通過了山東省科技廳組織的專家鑑定。鑑定結論為：研究成果具有明顯的創新性、顯著的社會經濟效益和良好的推廣套用前景，總體上達到國際先進水平，其中碎石化後瀝青加鋪層設計方法的研究達到國際領先水平。

工法特點

採用《水泥混凝土路面碎石化施工工法》施工時，與中國國內同類技術相比，水泥混凝土路面經碎石化施工破碎後，水泥混凝土路面具有明顯不同的粒徑結構，從而有著不同的結構特點：粒逕自上而下逐漸增大，內部形成緊密的咬合嵌擠的結構，可以比較充分地保留原路強度；表層破碎充分，作為應力消散層，徹底消除應力集中現象碎石化工藝是2005年前解決水泥混凝土路面反射裂縫最徹底的方法，同時能夠達到更好的表面強度平均化程度，具有施工速度快、振動小、造價低的特點以及重要的環保意義。

操作原理

適用範圍

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的適用範圍是：

1.基本條件

採用碎石化施工工藝的路段應滿足表1所列要求。

表1 適用碎石化工藝的關鍵因素

相關指標	土基CBR	基層穩定情況	板體材料
界限或性狀	>5	基本穩定	未出現鬆散

2.路況調查

當路面路況調查有以下特徵時，可採用碎石化工藝：

（1）罩面上出現大量反射裂縫；

（2）大量接縫破壞，如：錯台、翻漿和角隅破壞，以至於超過20%的接縫需要修補；

（3）超過25%的板開裂；

（4）超過20%的工作長度出現縱縫缺陷，且寬度超過10厘米；

（5）超過10%的路面需要開挖修補以達到結構性要求；

（6）超過20%的路面已經修補或需要修補；

（7）出現凍脹開裂或鹼集料反應或其先兆，需要加鋪罩面或重建；

（8）碎石化方法比其他重建方法費用低。

工藝原理

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的工藝原理敘述如下：

在水泥混凝土路面的整個使用周期內其路面狀況與修複方法的關係有如圖1所示。

圖1 各階段適用措施與使用的年限關係示意圖

從結構上考慮，水泥混凝土路面的碎石化工藝是一種重建的手段，它應該在其他方法不能起到好的效果時才可以採用。這種技術具有排他性，破碎後水泥混凝土路面不能再作為面層。

圖2表示，當水泥混凝土路面破碎的程度增加時，其機構強度的損失增大但反射裂縫出現的可能性降低。混凝土路面破碎需要在結構性降低和反射裂縫風險增高之間尋求平衡。適宜的破碎後有效模量應使反射裂縫可能性降低到一定程度，在此情況下儘量保證原混凝土板塊結構性。破碎後有效模量是與破碎後顆粒粒徑密切相關的，所以存在一個合理的破碎後粒徑區間，能使有效模量達到有效模量適宜範圍。

圖2 碎石化工藝的基本原理

施工工藝

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的主要流程如下：

1.移除現有的罩面層；

2.在進行碎石化前至少兩周設定排水設施；

3.在與非破碎段或其他構造物鄰接處全深鋸切；

4.破碎水泥混凝土路面；

5.切割移除暴露的加強鋼筋；

6.對破碎後水泥混凝土路面進行檢驗性碾壓；

7.對軟弱區域進行移除替換；

8.對破碎後路面進行至少3次碾壓；壓實按如下順序進行：Z紋壓路機至少三遍；振動鋼輪壓路機一遍。

9.撒布透層油；

10.攤鋪熱拌瀝青混合料調平層和面層。

材料設備

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》所用的材料及設備明細如下：

一、碎石化工藝需要的材料為慢裂乳化瀝青為主的透層油和路面施工設計中確定使用的道路材料。

二、MHB（Multiple-Head Breaker）是一種多錘頭破碎設備，如圖3所示。它利用設備所帶多個重錘的下落對水泥混凝土路面板進行錘擊。

圖3 MHB型機械

這種機械具有兩個可選裝配的側翼，每個側翼帶有兩個翼錘，在不加和加上側翼的兩種情況下，MHB可以破碎8英尺（約240厘米）到13英尺（約400厘米）兩種寬度的路面。MHB型機械所攜帶的重錘分兩排成對裝配在整台機械的尾部（後排重錘對角地裝配在前排重錘間隙中心），每對重錘單獨地以一套液壓提升系統為動力，重錘下落時可產生1000~8000磅英尺（1383~11060牛·米）的衝擊能量。其典型工作效率是（每台班）：1英里（約1.6千米/車道，碎石化時）；2~3英里（3~5千米/車道，為移除進行破碎時）。

機械的前端有一橫桿，可作為機械破碎時的位置參考，當機械直線移動時，這一橫桿的位置與後部重錘下落寬度相一致。

在使用MHB進行水泥混凝土的碎石化時，應同時配備下列碾壓設備：

1.Z型壓路機：Z型壓路機是一種振動式鋼輪壓路機，特殊的是其在鋼輪表面帶有Z狀紋理。在振動模式下運作時壓路機的總重不小於9.1噸（10噸），可以壓穩碎石化後的路面，為其上的瀝青面層提供一個平整的表面。

2.光輪振動壓路機：在振動模式下運作時壓路機的毛重不小於10噸，可以平整碎石化後的路面，為其上的瀝青面層提供一個平整的表面。

質量控制

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的質量控制要求如下：

MHB設備在中國還是一種較新的舊泥混凝土路面碎石化設備，中國之外套用的過程中主要關注的是其破碎後粒徑組成情況。例如美國Delaware（德拉瓦州）對碎石化的要求是上部不大於3英寸（7.5厘米左右）和12英寸（30.5厘米左右）。然而，碎石化後粒徑的大小與多種因素相關，如原水泥混凝土板塊的抗壓強度，如果水泥混凝土板塊所用水泥標號不同，破碎後其顆粒粒徑控制在以上範圍內，MHB設備施工時的參數也不同，另外，基層的強度對破碎的效果也有影響，所以控制碎石化施工的質量除基本的粒徑控制外還應該作其他方面的要求。

影響碎石化效果的因素相關參數分為三大類一類是原水泥混凝土路面的強度等特性；一類是碎石化過程中的設備控制類參數；一類是碎石化的檢測和評定指標類。這三類指標中，原水泥混凝土路面的強度特性參數是碎石化工藝的基礎條件，設備控制類參數是施工過程中需要加以控制的參數，而檢測和評定指標是根據工程經驗或理論分析要求碎石化達到的參數範圍。在進行碎石化工藝質量的控制過程中，應明確的是碎石化的檢測和評定指標，這也是進行碎石化的指標目標。建立質量控制體系的任務有兩個方面：一是確定指標的目標值大小、範圍；一是為不同的工藝基礎條件初步選擇相應的施工控制參數。下面討論碎石化工藝相關設備的初步控制參數選擇範圍。

一、碎石化工藝試驗段設備參數推薦

MHB作為一種施工機械，其重錘的重量是固定的，可以控制的指標主要有：落錘高度、錘跡間距。這兩項指標決定了重錘在原水泥混凝土板塊平面上的錘擊位置分布特性和每個錘擊位置上作用的衝擊能大小，從而最終決定了破碎後結構層在整個厚度範圍內的粒徑分布特性以及其力學性質。

出於機械性能方面的考慮，MHB施工中一般採用固定的落錘頻率，實際施工中可以方便調節的只有落錘高度和MHB的錘跡間距。根據該課題相關試驗段施工情況，推薦的大範圍施工試驗段或小面積施工時的設備參數如表2。

表2 初步選定的設備控制參數範圍

╱	原水泥混凝土下臥層強度狀況
	強度較高		強度一般		強度較低
水泥強度等級	32.5	42.5	32.5	42.5	32.5	42.5
下落高度（米）	1.2	1.2	1.1	1.1	1.0	1.0
錘跡間距（厘米）	8~12	6~10	8~12	6~10	8~12	6~10

破碎過程中設備落錘高度的可調整範圍為1.0~1.2米，其兩次衝擊縱向間距可控制在6~12厘米範圍內。

水泥混凝土板塊下的基層、土基強度較高時可能造成碎石化困難，所以要對其強度作出定性評估。一般情況下，屬於土質較好情況下的挖方，應屬於下臥層強度較高類，土質一般的挖方和填方屬於一般強度類，而路基填料土質較差或含水量可能相對較高的情況屬於下臥層強度較低類。

需要指出的是，因原水泥混凝土路面狀況差異較大，上述推薦的施工參數只是在試驗段調試設備運行參數階段的參考，具體施工設備運行參數需根據試驗段得出的結果來調整。

二、施工質量控制的一般過程

施工質量控制應在碎石化大面積施工開始前，及施工過程中和施工後分別加以控制。其一般過程如下：

1.設定路段條件具有代表性的試驗段，其長度最小100米，在該試驗段中安排不同錘跡間距（2厘米左右級差）的子區段，每段長度不少於50米，其分界要標記清楚；

2.根據推薦值並結合施工經驗選擇設備控制參數，為試驗段施工採用；

3.試驗段施工結束後，對不同錘跡間距的子區段粒徑進行檢測，選擇對應的設備控制指標；

4.檢測回彈彎沉（或、和回彈模量），驗證其是否滿足變異性要求，推薦採用回彈模量指標，測試的點位隨機選定，並應不少於9個，其具體數據處理方法見第四章第二節“碎石化加鋪結構設計方法”。如果不滿足，要增加試驗段長度並根據增加落錘高度或減小錘跡間距的方式調節，以使其破碎程度增加，變異性減小，直到達到前述質量控制指標要求；

5.進行大面積施工過程中，要注意單幅路面長度破碎超過1千米時，每1千米要補充1~2個試坑（建議表層破碎不均勻時抽檢），驗證粒徑是否滿足要求，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；

6.對於下臥層強度差異較大的不同路段要作不同的設備參數控制，可在其中一段控制參數的基礎上，作小幅調整以滿足其他段的破碎要求；

對粒徑的確認應通過開挖試坑後捲尺結合目測的方式進行（試坑面積為1×1平方米，深度要求達到基層）的方式進行，試坑位置的選取應有隨機性。可按前文提出的初步施工參數推薦值為基礎進行調整來確定。

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），檢測要在乳化瀝青撒布後、粒徑合格的試驗子區段內進行。以上測試的試驗段測點數目至少需要9個。

試驗段子區段安排過程中應包含開始破碎的前10米和結束破碎前5米，指標的檢測不能安排在這一區域進行。

三、碎石化施工中需特別關注的問題

根據碎石化工藝施工特點，在施工過程中需要的主要環節有：

1.排水設施的設定及施工過程中的防水、排水；

2.施工正式開始前的試驗段施工與粒徑控制，及施工過程中對破碎情況的持續監控；

3.施工前對基層局部軟弱部位的處治；

以上三個方面是控制施工質量的最基本的要素。有關水的問題有兩個方面：新路面結構的排水體系的建立和在破碎完成後，新路面加鋪層施工前的防水。

安全措施

採用《水泥混凝土路面碎石化施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、組織保證措施

1.項目部成立以項目經理為第一責任人的安全生產領導小組。

2.項目部配專職安全員並建立各級網路，做到“專管成線，群管成片”。

二、制度保證措施

1.嚴格按照交通部及山東省有關保證安全生產的檔案和規定執行。

2.為加強施工中管理、保障施工人員和國家財產的安全，根據“誰主管誰負責”的原則，建立以項目經理為第一責任人的各級安全生產責任制，做到“縱向到底，橫向到邊”。各級負責人簽訂安全生產責任狀，誰出了問題，追究誰的責任。

3.建立安全生產定期和不定期檢查制度。每月召開一次安全生產例會，對可能存在的安全隱患消滅在萌芽狀態。每旬對安全生產情況進行一次檢查。

三、思想保證措施

1.全體施工人員嚴格執行黨和國家有關安全生產方針、政策、法令和安全生產技術規程，自覺遵守交通部及業主的有關安全生產的管理規定。

2.增強全員安全意識。認真貫徹執行“安全生產、預防為主”的方針，打好安全基礎，使各級明確自己的安全目標，制定各自的安全規劃，達到全員參加，全員實施的目的，體現“安全生產、人人有責”的原則。

3.抓好安全崗位培訓。開工前，對所有上崗人員進行安全知識教育，分批培訓，把有關安全操作規程印發給各基層單位，對照檢查，對照實施，特種行業人員一律持證上崗。

4.隨時接受業主及監理單位對安全生產的督促、檢查、考評，對提出的問題，確定方案組織實施，確保全全生產。

四、施工安全保證措施

1.現場安全防護措施

所有作業、測量、管理、監理、參觀人員，進入現場注意施工車輛交通安全及作業機械安全，施工車輛要限速行駛，保證人員安全。

2.施工防火保護措施

1）施工現場的布置應符合防火、防電等安全規定和文明施工的要求，生產、生活辦公用房、倉庫、配件堆放場等按批准的總平面布置圖進行布置。

2）生產、生活區均要設足夠的消防水源和消防設施，消防器材應有專人管理，施工人員要熟悉並掌握消防設備的性能和使用方法。

3）房屋、庫棚等的消防安全距離應符合國家或公安部門的規定，室內不得堆放易燃品，現場的易燃雜物，應隨時清除；嚴禁在油庫等處吸菸。

3.機械設備安全管理措施

1）機械設備操作人員（或駕駛員）經過專門訓練，熟悉機械性能，經考試取得操作證或駕駛執照後方可上機（車）。不準操作人操作與操作證不相符的機械；不準將機械設備交給無操作證的人員操作，對機械操作人員要建立檔案，專人管理。

2）機械操作人員和指揮人員嚴格遵守安全操作技術規程，工作時集中思想，謹慎工作，不擅離職守，不酒後駕車。

3）機械設備發生故障後及時檢修，嚴禁帶故障工作。嚴禁存放易燃、易爆物品，嚴禁酒後操作機械，嚴禁機械帶病運轉或超負荷運轉。

4）機械操作人員做好各項記錄，達到準確、及時嚴格貫徹例保制度，認真執行清潔、潤滑、堅固、防腐、安全作業。

5）機械設備在施工現場停放時，應選擇安全的停放地點，夜間應有專人看管。

6）嚴禁對運轉中的機械設備進行維修、保養、調整等作業。

7）定期組織機電設備、車輛安全大檢查，對檢查中查出的安全問題，按照“三不放過”的原則進行調查處理，制定防範措施，防止機械事故的發生。

4.配件材料安全保證措施

工地設物資配件倉庫，統一對物資進行管理，按照材料的儲存要求，修建具備相應功能的倉庫，做到分門別類儲放，門前標誌牌清楚，消防器材齊全。

環保措施

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的環保措施如下：

1.搞好項目部建設。環境清潔，辦公設施整齊，規章制度、崗位職責、工程圖表上牆，動態圖表能真實反應當前工程的質量和進度情況，天氣記錄真實準確。

2.工程實施過程中應特別注意避免對工程實施區域內的環境造成污染，工程接近完工時組織對施工沿線現場、生活住區等的環境進行集中徹底清理，降低因施工帶來的對環境的破壞和影響，切實做到文明施工、文明交工。

3.對施工過程中可能影響到的建築物指定可靠的防止損壞的實施措施，並在施工過程中實施監控。

4.採取隔聲措施，儘可能的降低噪聲污染。

效益分析

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的效益分析如下：

經濟性研究表明：10%~15%的路面面積需要修補，是採用修補和碎石化技術的平衡點。這個百分比因地方經濟狀況不同而有所差異。實際工程經濟性評價時應根據該地材料價格及擬定的可能加鋪結構進行計算。

1.水泥混凝土路面改造不同方案造價比較（圖4）

圖4 資源節約和改造後壽命比較

2.各方案性能價格比比較（圖5）

圖5 性能價格比較

3.水泥路面改造技術分析（表3）

綜合分析，碎石化的性價比高，不僅可以減少廢料，降低環境污染，節約石料和瀝青，還能縮短工期，降低工程成本。

套用實例

《水泥混凝土路面碎石化施工工法》的套用實例如表4所示。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《水泥混凝土路面碎石化施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。