混凝土路面破碎改造技術的應用與分析
近幾年來隨著交通量的增加，特別是重載車輛的增多，混凝土路面斷板、破碎、錯臺、唧漿現象十分嚴重。雖然采取換板等養護措施，但破損速度很快，維修養護跟不上，以至形成修不勝修的局面。水泥路面的破損嚴重影響道路通行能力，為此我省將舊水泥路面改造列入“暢通工程”。現在對于舊水泥路面加鋪瀝青路面，也即所謂的“白改黑”，有多種處理方法，其中包括沖擊壓實、打裂壓穩、碎石化等技術。上述處理技術各有其優缺點，本文將對此進行評價和分析。
1 混凝土面板處理技術簡介
在水泥路面采取“白改黑”的初期，為防止瀝青罩面層出現反射裂縫，常采取水泥板壓漿、鋪設土工格柵等措施。雖然理論研究認為，鋪設土工格柵具有消散應力，阻止反射裂縫出現的能力，但實際效果并不理想。為了解決反射裂縫的問題，十多年前美國等國家研究了沖擊壓實（藍派）、打裂壓穩、碎石化等技術，并開發了相應的機械設備。
1.1 沖擊壓實技術
沖擊壓實機是一種具有高沖擊能量的壓實機械，其鋼輪成五邊形或正方形。當它行走時,輪軸反復抬升和落下使鋼輪沖擊水泥板塊， 使面板出現橫向裂紋而折斷。隨著沖壓遍數的增加，鋼輪交錯作用于面板，橫向裂縫變寬并開始出現縱向裂縫。沖擊壓實機對水泥路面施加的強大沖擊力足以使面板破碎和穩固, 有效地消除了原來面板脫空而產生的豎向變形。
1.2 打裂壓穩技術
打裂壓穩采用的破碎設備是一種門刀式破碎機，其沖擊錘有2.4m寬度，錘頭重量5t以上，沖擊錘提升一定高度后自由落下產生的巨大沖擊力將水泥路面橫向打裂，然后采用膠輪壓路機碾壓使其穩固。錘頭高度可以調整直至達到破碎要求，一般要求75%以上的面板成不規則開裂，顆粒為0.4～0.6m2大小。
1.3 碎石化技術
目前混凝土路面碎石化設備主要有多錘頭破碎機（MHB）和共振式破碎機，現在多錘頭破碎機已經從國外引進到國內來。
多錘頭破碎機(MHB)由兩部分組成，前半部分為柴油發動機動力系統，后半部分為破碎系統，中間備有2排各3對650kg的錘頭，兩側各有1對865kg翼錘。每對錘頭的提升高度可以根據需要隨意調節，其最大提升高度110cm。
2 “白改黑”路面結構
就目前“白改黑”路面結構，基本上根據對混凝土板處理方式不同而采用不同的結構。
對于沖擊壓穩和打裂壓穩兩種處理技術，是在對混凝土板塊處理后，上面先加鋪20~25cm二灰碎石作為基層，然后再加鋪10～13cm兩層瀝青混凝土面層。有些地方為提高防止半剛性基層可能出現反射裂縫，還在半剛性基層上加鋪自粘式土工玻纖格柵。
對于碎石化處理技術，按照美國介紹則無須加鋪基層，而可以直接加鋪瀝青面層，但瀝青層的厚度至少應在15cm以上，否則可能會出現強度不夠而引起面層破壞。然而限于資金也為了觀察比較，瀝青加鋪層厚度打多控制在12～15cm范圍內。
上述不同路面結構，無論加鋪半剛性基層或者直接加鋪瀝青面層，都未作路面力學計算，即不是根據強度計算來確定加鋪層厚度的，而是依據現有經驗確定的，因此所定加鋪層厚度缺乏理論依據。
3 實施效果的評價分析與比較
3.1 防治反射裂縫
湖州104國道埭溪路段2km“白改黑”試驗路段，是在采用多錘頭機械破碎后，分別不同路段加鋪12cm和15cm瀝青面層。施工完成后經對試驗路段進行彎沉測定，其彎沉強度很高，代表彎沉在21～29(0.01mm)范圍內。經過大半年的運營使用，瀝青面層表面沒有發現反射裂縫，路面平整，路況良好(圖4)。臺州仙居35省道經碎石化處理后，雖彎沉較大，但使用大半年未出現裂縫，這說明經多錘頭碎石化處理能徹底解決反射裂縫的問題。這是因為混凝土板塊經碎石化后，水泥面板的破碎程度比較徹底，水泥碎塊的最大粒徑在20～30cm之間，經Z壓路機壓實穩固后混凝土面板表面碎塊最大尺寸僅5～10cm，經灑布乳化穩定，從而在結構上不再是剛性板塊，而成為類似瀝青穩定碎石基層，即為柔性基層，故也不再存在水泥板塊反射裂縫的問題。
浙江其他地區采取打裂壓穩或沖擊壓穩處理技術，加鋪了半剛性基層，目前路面也大多良好，僅個別路段有些縱向裂縫。這說明經這樣處理后也能有效地防治反射裂縫。但是由于混凝土破碎后尺寸仍比較大，因此仍有出現反射裂縫的可能，但不會短時間內出現，即存在反射裂縫的隱患。
3.2 施工的工效
沖擊壓穩施工時其沖壓機的拖拉速度為7～12km/h，而要使板塊達到破碎要求，需要來回沖壓15～20遍，破碎速度為200～300m/h。沖壓結束后再用輪胎壓路機進行壓實。打裂壓穩施工所用門式沖擊錘沖壓，沖壓1次即可完成破碎，故破碎效率比較高，其破碎速度約為400～500m/h。多錘頭破碎機的破碎速度為150～300m/h。上述3種破碎處理方法，在破碎后或用輪胎壓路機進行壓實，或用Z字形壓路機進行壓實。
要完成全部施工，對于沖擊壓穩和打裂壓穩，由于需要在破碎后上面先加鋪20～25cm厚的半剛性基層，則整個施工周期比較長。采用多錘頭破碎技術，則可以直接加鋪瀝青面層，因而整個施工周期較短，湖州104國道埭溪路段2km“白改黑”試驗路段施工，前后僅花了10天時間，故工效高、速度快，社會效益也高。
3.3 施工對周圍環境的影響
采用多錘頭碎石化技術，由于施工速度快時間短，對交通和周圍居民的干擾影響小。因直接加鋪12～15cm瀝青面層，路面標高增加不多，對沿線的排水影響較小，這在經過居民區時顯得非常重要。同時由于其錘頭質量僅650kg，錘擊時產生的震動不大，對沿線的民房等建筑物沒有影響。
打裂壓穩機械施工時，機械的沖擊錘質量達5t，因而對地面的沖擊力很大，影響沿線民房等建筑物。采用沖擊壓穩施工時，多邊形壓路機要來回沖擊壓實15～20次，不僅持續時間長，而且沖擊力又大，對沿線建筑物有較大影響，故要求建筑物距離道路15m以上，但有時仍會引起居民的不滿，甚至發生過村民阻攔施工的糾紛。
采用沖擊壓穩或打裂壓穩技術，要先加鋪20～25cm半剛性基層，再加上10～13cm瀝青面層，故標高抬高達30～38cm，影響原地面排水系統。
相比之下，采用多錘頭施工對道路周遍環境的影響小，因此特別適合通過城鎮道路的混凝土路面改造。
3.4 施工費用
由于受建設資金的限制，舊混凝土路面“白改黑”改造的費用，往往是影響選擇板塊處理技術方法的主要因素。
上述幾種板塊破碎處理方法，因所消耗的功能不同，以及受市場因素的影響，目前所需的費用有較大的差別。如果以單位面積計算，沖擊壓穩機械作業，其費用約為5～8元/m2。打裂壓穩機械作業，其費用約為12元/m2。多錘頭破碎作業的費用為14～18元/m2，與其他兩種機械作業費用相比約多出6～8元/m2。
加鋪半剛性基層的費用平均每1cm厚度約1元/m2，加鋪20～25cm厚半剛性基層則需費用20～25元/m2。加鋪瀝青面層的費用，平均每1cm厚度約7元/m2。采用多錘頭碎石化技術，瀝青面層厚度比其他兩種方法厚約3～5cm，相應增加費用21～35元/m2。
根據以上估算，多錘頭碎石化技術與其他破碎技術相比較，“白改黑”的費用約要多6～15元/m2，平均增加10元/m2。若改造9m寬的二級公路，每公里則要多支出費用9萬元。
4 結語
舊水泥混凝土路面采取“白改黑”改造技術，為防止反射裂縫可以采用沖擊壓穩技術、打裂壓穩技術和多錘頭碎石化技術。相比之下，多錘頭碎石化技術具有防治反射效果好，施工速度快，工效高，對環境影響小等優點，但所需費用較高。因而應根據工程的具體情況加以選擇。
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