水泥混凝土路面憑借其強度高、穩(wěn)定性和耐久性良好等特性,在我國國省道干線中應(yīng)用廣泛。截至2005年底,我國已建成水泥混凝土路面達306622km,占高級路面總里程的58%,使我國成為世界上水泥混凝土路面里程最多的國家之一。隨著國家公路建設(shè)的不斷推進,如“十三縱十五橫”重點公路建設(shè)以及“通暢工程”“通達工程”的開展,水泥混凝土路面還在以每年數(shù)萬公里的速度增長。
公路建設(shè)一般歷經(jīng)新建、新建與養(yǎng)護并重、養(yǎng)護與改建這3個階段。從我國公路發(fā)展現(xiàn)狀來看,部分省份已步入新建與養(yǎng)護并重階段,發(fā)達地區(qū)更是進入以養(yǎng)護、改建為主的階段。近年來,交通量大幅增長和超重軸載的破壞,暴露出以往水泥混凝土路面設(shè)計施工的薄弱環(huán)節(jié),許多路面破損嚴重,養(yǎng)護、維修和改建工作迫在眉睫。
水泥混凝土路面養(yǎng)護有日常養(yǎng)護、局部修復(fù)、路面功能恢復(fù)改善性加鋪、路面改建加鋪和加寬等多種方式。在路面加鋪改造中,對于非結(jié)構(gòu)性病害,常用瀝青罩面;對于結(jié)構(gòu)性病害,傳統(tǒng)方法是打碎、挖掉舊混凝土板,處理基層和土基后再加鋪,也有采用落錘式破碎機破碎路面作墊層的方法。然而,瀝青罩面若不處理水泥混凝土路面,易出現(xiàn)反射裂縫,這是公路養(yǎng)護的難題。傳統(tǒng)打碎、挖除方法則存在費工費時、妨礙交通、施工效率低、舊路基病害難根治、污染環(huán)境等問題。
在此背景下,沖擊碾壓破碎技術(shù)應(yīng)運而生。沖擊碾壓施工采用的沖擊壓路機是一種高沖擊能量的壓實機械,其將傳統(tǒng)拖式光輪壓路機的圓形鋼輪改為三角形或正方形。機器行走時,以1.5 - 2.2次/s的低頻率產(chǎn)生連續(xù)周期性的高振幅撞擊力,直接沖擊破碎混凝土板面,產(chǎn)生的沖擊波還能向板下基層和土基傳播,實現(xiàn)對舊路基的補充壓實。
通過沖擊碾壓破碎施工,優(yōu)勢顯著。一方面能有效利用舊板殘余承載能力,使混凝土碎塊形成塊狀料嵌鎖型基層結(jié)構(gòu),成為高強度路面底基層,大大減少和緩解反射裂縫,還能消除舊路基病害,為后續(xù)加鋪層提供均勻穩(wěn)定的支承體系。另一方面,在修復(fù)大面積破損舊水泥混凝土路面時,具有諸多優(yōu)點:
修復(fù)質(zhì)量高,能從根本上解決一些傳統(tǒng)方法難以處理的問題,確保路面的穩(wěn)定性和耐久性。
施工速度快,相比傳統(tǒng)的打碎、挖除等方式,能大大縮短施工周期,提高工程進度。
工程成本低、影響交通時間短,減少了人力、物力的投入,同時降低了對交通的影響,具有良好的社會經(jīng)濟效益。
環(huán)境污染少,減少了破碎舊水泥板的丟棄量,降低了對環(huán)境的污染。
具有多種用途,既可以進行沖擊碾壓破碎,也可打裂壓穩(wěn),能根據(jù)不同的工程需求靈活選擇施工方式。
經(jīng)濟效益明顯,綜合考慮其施工成本、質(zhì)量和效率等因素,能為工程帶來顯著的經(jīng)濟效益。
正因如此,自2000年沖擊碾壓技術(shù)在我國水泥路面改建工程中出現(xiàn)后,迅速在福建、廣東、山東、安徽等眾多省份得到廣泛應(yīng)用。以廣州加絡(luò)公司Impactor2000沖擊壓路機截至2005年的工程應(yīng)用為例,就充分證明了其良好的應(yīng)用前景。
然而,沖擊碾壓破碎技術(shù)作為一項新興技術(shù),在我國舊水泥混凝土路面改建中的應(yīng)用和研究仍處于起步階段。相關(guān)試驗和理論研究滯后于實踐,施工質(zhì)量控制標準、施工工藝、路面結(jié)構(gòu)加鋪設(shè)計方法等多依賴施工經(jīng)驗,其效果和合理性有待進一步驗證。而且,對于沖壓施工中產(chǎn)生的巨大沖擊波對沿線設(shè)施的影響范圍和程度界定不明確,這直接影響了技術(shù)的安全、順利和有效使用。
為了推動沖擊碾壓舊水泥混凝土路面技術(shù)的發(fā)展,保證和提高水泥路面改造工程的質(zhì)量與經(jīng)濟性,深入系統(tǒng)地開展試驗和理論研究具有重要的現(xiàn)實意義。從工程動力學(xué)角度,對其進行深入理論研究也具有重大的理論價值。未來,需要加強相關(guān)的基礎(chǔ)研究,明確施工技術(shù)標準和規(guī)范,深入研究不同工況下的力學(xué)機理,探索有效的防護措施以減少對沿線設(shè)施的影響,使沖擊碾壓破碎技術(shù)在混凝土切割破碎及路面改建領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用,為我國公路建設(shè)事業(yè)提供更有力的技術(shù)支持。