共振碎石化技术在水泥混凝土路面改造中的应用

摘要：共振碎石化技术是目前旧水泥混凝土路面改造新技术之一，该技术是通过专用设备将旧路面板一次性破碎为承载能力高、反射裂缝控制效果好的咬合嵌挤柔性结构层，再在上面加罩沥青混凝土面层，直接完成路面“白改黑”改造。

关键词： 共振碎石化水泥混凝土路面白改黑

中图分类号：TV331文献标识码： A

前言：水泥混凝土路面具有刚度大、抗压能力强、耐久性好等优点，因此在我国过去的几十年间被广泛使用。随着道路使用年限增长及交通流量的增加，许多水泥混凝土板块出现碎裂、断板和纵、横向裂缝、沉陷等问题，道路平整度和行车舒适性受到严重影响，考虑到很多损坏道路已经基层严重损坏，板块反射裂缝无法从根本上消除，局部表面维修不能够治理其根本问题，造成维修效果不太理想。传统维修改造方式为：将原有道路面层及基层翻挖，然后再重新做道路基层并摊铺黑色面层，该施工工艺造价高，施工周期长，交通影响大，同时在开挖时产生很大的噪音污染，产生大量的建筑废料还造成资源浪费。目前正兴起并推广使用的共振碎石化技术是目前旧水泥混凝土路面维修改造新技术之一，该技术是通过专用设备将旧路面板一次性破碎为承载能力高、反射裂缝控制效果好的咬合嵌挤柔性结构层，再在上面加罩沥青混凝土面层，直接完成路面“白改黑”改造。该施工方法施工周期短，对交通影响小，节约工程造价，且保护环境。以下就以一工程实例来说明该技术的工艺及广泛的应用前景。

1.工程概况

本工程为金都路（春西路～春中路）道路整治工程，道路全长797.24m，车行道宽度16米，道路较多板块存在碎裂、断板等现象，本工程主要对道路车行道进行维修改造，即对混凝土路面采用共振破碎化施工，然后加铺三层式沥青面层，厚度为16cm，同时对沿线附属设施予以改造。本次主要介绍共振碎石化然后摊铺沥青面层工艺流程。

2.施工准备

对旧水泥混凝土路面进行充分的路况调查，掌握路面损坏及路面沿线建筑物状况，认真复核地下管线图纸资料，并在工程实施前召开各管线单位参加的施工配合会议，进一步搜集管线资料，对影响施工和受施工影响的地下管线开挖必要的样洞，核对弄清地下构筑物管线的确切情况，做好记录，并在管线管理单位的共同确认下，做好管线保护措施，确定共振碎石化方案的可行性。

3.板块补强

根据旧道路弯沉值测量报告、施工图纸并结合现场情况，协同设计单位、施工单位、监理单位等共同确认损坏严重需要补强的水泥混凝土板块。补强措施如下：将老路结构全部翻挖后，浇注23cmC35水泥混凝土+20cmC20水泥混凝土。

4.共振碎石化施工

4.1工作原理及特点

本工程使用的是美国安迈公司生产的PB500型共振式破碎机，其利用振动梁把发动机的强大功率转化为工作锤头的振动，锤头与路面接触，通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥板块的固有频率，激发水泥板块在锤头下局部范围内产生共振，使混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃。破碎后的碎石尺寸理想、均匀，破碎粒径范围为2.5M～15.2M，大部分集中在2.5M～7.6M。实践表明，碎石尺寸在8～20cm之间时，可取得较为理想的效果。碎石尺寸过大，容易造成应力集中，引起反射裂缝的概率急剧增大；碎石尺寸过小，则会使路面的承载力过渡减小。破碎后的粒径上部较小，下部较大。小粒度可较好地消除反射裂缝， 同时下部的较大的粒度结构也有利于路面渗水的横向排除和阻止下渗。破碎后的纹路规则排列，并与路面成35°～40°夹角。有夹角的纹理结构可使碎石块之间相互嵌合，经压实后相互咬合得更紧，从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用。破碎深度可控制，不冲击路基，保证路基下的管线设施完好无损。该机械振动影响小，破碎深度可达660L，完全满足一般道路的破碎改造任务，效率极高，由于其工作点很窄，在道路施工时，可单车道施工，不用封闭全部交通，每天可完成2公里左右的碎石化工作。

4.3试验段施工及检测

试验段施工长度100-200m，破碎从道路一侧边缘开始，或者从前面破碎过的边缘开始，并向对面路肩或者向纵向的中线推进。在一次必须摊铺一个车道时，前面的破碎应至少超出将要摊铺的宽度250毫米。在破碎操作初始，操作人员会详细记录下不同的破碎情况相对应水泥路面破碎机械的数据调整，如锤头高度、共振频率和地面行驶速度等。为确保路面被破碎成达到要求的粒径，根据现场工程师要求，在行车道中间挖掘约1.2平方米的试坑，用来判定破碎块是否达到特定的尺寸要求，根据现场情况可以增加测试块。挖开的试坑需要回填，压实需要达到工程师的要求。符合要求的破碎数据应记录备查，施工参数一旦经过试振区确定下来，就可在整个碎石化工程路段内使用。

4.4全路段水泥路面碎石化施工

⑴交通管制及路面清理

对于共振碎石化范围内的出入口应有醒目的安全标记，对社会车辆进行导行，禁止无关车辆与人员出入。破碎施工须占用两条车道，施工作业区域的两个车道禁止交通通行。隔离措施到位，在隔离处设置明显的交通导向标志，或派人负责协助交警部门指挥交通。施工作业路面需提前清理，水泥混凝土路面上罩有1cm以上的沥青层及沙土层需挖走（2cm振幅下中间介质会将应力吸收无法达到共振效果）；为破碎无残留道路两侧30cm范围内堆放物需清走（共振箱体伸出轮胎外沿20cm左右）；破损板块无法破碎区域须提前标记或通知现场管理人员。

⑶共振破碎

碎石化施工顺序一般由外侧车道边缘开始，如果相邻车道沿纵缝进行了切割，也可由中间向两边的顺序破碎。每一遍碎石化宽度约200mm，一条车道（3.5～3.75m）碎石化完需要18～20遍（一个来回定义为2遍）。相邻两遍碎石化区域会有50mm内的间隔或重叠区。碎石化一个车道的过程中，实际破碎宽度应超出一个车道宽度至少150mm。在施工过程中应不断检查破碎作业情况，并根据需要对设备进行细微调整，以确保达到施工质量要求。施工中，驾驶操作员应随时注意观察机械工作情况、锤头破碎效果，应根据实际情况调整破碎参数，以尽可能达到较好的破碎效果。因此，对操作人员的要求很高，必须是经验丰富的驾驶员，据本试验路段的现场施工破碎状况，驾驶员往往根据破碎时的声音来判断锤头工作效果，从而做出必要的调整。

⑷局部补强

如果共振破碎后出现混凝土块径大于200mm且面积大于2O或混凝土面板共振破碎后压路机碾压过程中有明显的反弹现象，弯沉值过大区域应采取基础补强措施，具体措施根据设计单位意见及监理单位意见实施。

⑸施工配合---洒水碾压

破碎完毕后，必须采用高频、低幅震动钢轮压路机（最小15吨）碾压速度不得大于1.83m/s，碾压之前最好洒水车先行洒一遍水，使其渗透深度3公分左右，碾压遍数初步按最三个来回来控制，碾压完毕后，进行摊铺施工。碾压遍数根据现场情况控制在最少3～5遍。碎石化层碾压后，不允许有钢筋外露，不允许有沥青接缝料、补块等存在；摊铺前不允许碎石化表面出现凹陷深度超过2cm。

4.4施工质量控制及验收标准

碎石化层破碎后粒径宜符合以下要求：表面层1/2厚度部分0～7.5cm，1/2厚度以下部分7.5～23cm；含有钢筋的旧水泥混凝土碎石化层，钢筋以上部分碎块粒径7.5cm以内，钢筋以下部分碎块粒径在23cm以内；碎石化层小于0.075mm含量不大于7%。碎石化层0～10cm以内级配宜在级配碎（砾）石范围以内；0～18cm以内的碎石化层级配宜接近级配碎（砾）石。碎石化层回弹模量、碎石化层碾压应满足相关规定，其它质量要求及验收标准按《公路路面基层施工技术规范》的规定进行。

5.沥青混凝土路面加铺施工

在碎石化后，应控制碎石化层上的交通，禁止通行与施工无关的车辆，禁止车辆随意在碎石化层上刹车与启动；同时也要减少施工车辆不必要的来回通行。应及时进行沥青摊铺等工作，尽早开放交通，减少对交通管制的时间。

在道路改造完成约半年后，查看其道路面层，未出现裂缝，通过对其弯沉等测试，各项指标均符合要求，证明了改造效果良好。

6.结语

共振碎石化技术作为水泥路面改建为沥青路面行之有效新技术，由于不需要对老路面进行大规模的翻挖并重新做基层，水泥路面经过共振后形成良好的道路基层，也不需要传统的较长的养护时间，具有工期短、实施方便、节省投资、低碳环保等优点，特别是针对交通流量大的道路，其对交通影响之小，持续时间之短，是传统工艺无法比拟的。同时，随着其技术的不断完善、效率的不断提高，该技术将在以后的道路改造中大力推广并广泛应用。

1、《水泥混凝土路面维修与改造》，作者：王拴发，王松根，人民交通出版社

2、《沥青路面施工工艺及质量控制》，作者：张宜洛 ，人民交通出版社

3、 《公路沥青路面施工技术规范》 JTG_F40-2004