淺談共振碎石化技術在舊水泥路面改造中的應用

摘要：在對舊水泥混凝土路面改造為瀝青路面中，共振碎石化技術能把舊水泥混凝土路面破碎成小的碎塊，使舊水泥混凝土路面病害有效消除，形成的破碎層具有一定強度可作為瀝青加鋪層良好的基層直接使用。在節(jié)能減排及保護環(huán)境的同時，又降低了工程造價，經濟合理。重點就共振碎石化技術在舊水泥路面改造為瀝青路面中的應用從其技術原理、特征、工藝流程、主要技術要求等做以介紹。

關鍵詞：共振碎石化技術 舊水泥路面改造 應用

1 概述

我國水泥混凝土路面始建于上世紀60年代中期，80年代以來，隨著我國經濟的快速發(fā)展，道路交通運輸任務不斷增長，水泥混凝土路面以其剛度大、穩(wěn)定性好、材料來源廣、耐久性強等優(yōu)點，在全國迅猛發(fā)展。到目前為止，我國現(xiàn)有的水泥混凝土路面中相當一部分已經達到或超過了它的設計使用年限（一般設計使用年限為15～20年），有的雖未達到設計年限，但隨著經濟的日益繁榮，公路交通量和重載交通急劇增加，很多水泥混凝土路面由于超載、設計、施工等方面的原因，越來越多之前修建的水泥混凝土路面出現(xiàn)了不同程度路面斷板結構損壞、使用性能降低等情況，嚴重影響車輛的行駛舒適性和安全性。

共振碎石化技術是通過對舊水泥混凝土路面的破碎從而減少混凝土板的有效尺寸，充分降低水泥混凝土板接、裂縫處在荷載、溫度、濕度變化下的位移，消除了瀝青混合料罩面后固有的反射裂紋、層面分離與脫落、潮氣造成的損壞、顛簸、錯層、水泥堿化反應和其他變質反應，是舊水泥混凝土路面改造過程中防止反射裂縫的有效措施。

2 共振碎石化技術

2.1 共振碎石化技術簡介。水泥路面共振碎石化技術由美國率先開發(fā)使用。2004年這項技術引入我國，它是一種水泥混凝土路面破碎加瀝青覆蓋層的路面修復技術，就是將原有的水泥混凝土路面破碎成小顆粒碾壓后直接作為基層或底基層，再在其表面直接加鋪瀝青混凝土面層的工藝。

2.2 共振碎石化技術原理。共振破碎設備利用振動梁帶動工作錘頭振動，錘頭與路面接觸。通過調節(jié)錘頭的振動頻率（40～60Hz）和振幅（10～20mm），使振動能量傳遞到下面的水泥混凝土板，當振動接近水泥面板的固有頻率，激發(fā)水泥混凝土板產生共振，造成水泥混凝土板的均勻破碎。碎石化機工作錘頭上裝有專用傳感器，可以感應路面板的振動反饋。

2.3 共振碎石化技術特征。共振破碎技術產生的高頻低幅振動能量，使舊水泥混凝土路面的結構完整性徹底破壞。由于共振破碎設備動量高，和板塊接觸時間短，將水泥板塊表面的裂紋瞬間均勻地擴展到板塊底部，且其破碎深度可以控制，高頻低幅共振產生的裂紋在穿透路面時就消散了，其沖擊不會把混凝土碎塊擠壓進基層材料，仍能保持基層底基層結構的完整性和良好的承載力，并能使鋼筋很容易與混凝土顆粒有效分離，杜絕了鋼筋與其聯(lián)帶的水泥碎塊對新面層產生反射的影響，對地下設施也不會產生影響。

2.4 共振碎石化施工設備要求

2.4.1 共振破碎機宜采用高頻低幅類，設備主要性能參數(shù)宜符合下表的要求。

2.4.2 單鋼輪振動壓路機的自重不宜小于12t。

2.5 共振碎石化施工工藝

2.5.1 路況調查。共振碎石化前，應對舊水泥混凝土路面進行充分的路況調查，查明沿線構造物、地下管線、路側房屋分布情況及其它對碎石化施工有影響或限制的因素，實測記錄樁號、位置、結構形式、埋置深度等，并在實地標注。

2.5.2 舊路處置。通過調查確定的路基承載力CBR值小于5，及強度不足、出現(xiàn)軟彈、過濕、沉陷等路面損壞嚴重的路基軟弱路段，應采用換填方式進行處置。換填材料應采用透水性較好的材料，換填后的頂面當量回彈模量應滿足設計要求。

2.5.3 排水系統(tǒng)（縱、橫向盲溝）設置。路面經碎石化后再加鋪瀝青面層后，即使加鋪層是密級配瀝青混合料，仍避免不了雨水滲入。而加鋪面層之下的碎石化層上半部分呈散粒狀，透水性很大，下半部分雖然嵌擠密實，但其間有許多細長裂縫，滲水會沿著裂縫逐漸向下。而碎石化層之下是舊路半剛性基層又很密實，當水滲到該層頂部時就會積聚起來，對道路內部結構的影響很大，這就需要通過內部排水系統(tǒng)（縱橫向盲溝）將這部分水排出。

2.5.4 共振碎石化施工

2.5.4.1 試驗段施工。在正式共振碎石化施工前，應通過試驗路段確定施工參數(shù)（共振破碎機的振動頻率、振幅、工作速度、乳化瀝青及石屑用量）及工藝流程。試驗路段長度不宜小于500mm。試驗路段應按擬定的工藝進行施工，實測相關的施工參數(shù)，并及時評價處置效果。缺乏施工經驗時可按下表確定共振初始試驗參數(shù)。

試驗段碎石化后應開挖試坑進行檢驗，試坑位置應按現(xiàn)行《路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60-2008）中的要求確定。試坑開挖尺寸不宜小于50cm×50cm，開挖深度不小于舊路面板厚度。共振碎石化后顆粒應滿足下表的要求。

試驗段破碎后撒布乳化瀝青封層，在其破乳成型后，實測頂面當量回彈模量，檢測點數(shù)不少于3個，作為優(yōu)化設計階段的頂面當量回彈模量實測值，并計算其代表值。

2.5.4.2 共振碎石化正式施工

①根據試驗段確定的相關施工參數(shù)，破碎舊水泥混凝土路面。由于各路段狀況的差異性，每臺破碎機需配備一名檢查人員，對破碎后的顆粒粒徑及其均勻性進行檢查，若按預定參數(shù)破碎質量下降，及時通知破碎機操作人員進行參數(shù)調整。

②共振碎石化前可用灑水車在需碎石化的車道上灑水以控制施工中的揚塵現(xiàn)象，灑水時間與進行碎石化的時間宜控制在半小時以內。

③破碎施工應先破碎路面兩側車道，再破碎中間行車道的順序進行。破碎時應有重復破碎搭接面，搭接寬度不小于5cm。因為碎石化后，舊混凝土會向四周有一定的擴張，因此對板體性較強（配筋混凝土等）、較寬或沒有碎石化伸縮空間的路面，需考慮對舊水泥混凝土路面進行全深度切割。

④若外側車道邊緣、內側車道靠中央分隔帶邊緣有路緣石或其他設施，共振碎石化機械施工時可能會受到阻礙，車道邊緣將會有500～750mm的路面破碎不到，此時可讓共振機械與車道邊緣縱向成30°～50°的角度進行邊緣破碎。

⑤施工過程中臨時發(fā)現(xiàn)的軟弱路基，應及時按舊路處置設計要求進行。若遇水泥板強度過高或過厚，應適當提高振動頻率或在破碎施工前采用打裂或其他手段對混凝土路面進行預裂處理。

⑥共振碎石化后，應及時清除原混凝土路面嵌縫料、表面粗粒料、外露鋼筋及其它雜物。

⑦破碎后應及時測量頂面高程，并按設計要求進行縱、橫坡調平層施工。調平材料可選擇級配碎石或瀝青碎石等材料，并應滿足相應的等級要求。

⑧碎石化嚴禁在雨天施工。

2.5.4.3 碎石化層碾壓。以共振破碎的水泥混凝土路面不會過分膨脹，破碎后的碎石化面與舊路面等高度，所以碎石化層的密度很高，后期碾壓只需將表面壓平、壓穩(wěn)即可。碾壓前應清除原混凝土路面嵌縫料、表面粗粒料、外露鋼筋及其它雜物，采用鋼輪振動壓路機先靜壓2遍，然后用石屑嵌縫，灑水浸濕（一般保持表層含水量在4%～5%，或浸濕深度一般為8cm），再振動碾壓2～3遍即可。

2.5.4.4 共振碎石化層的交通控制。共振碎石化施工范圍內的出入口應有醒目的安全標記，禁止無關車輛與人員出入。破碎施工須占用兩條車道，對于沒有中央分隔帶的道路，應在道路中央設置隔離對向車道的設施，施工作業(yè)區(qū)域的兩個車道禁止交通通行。在隔離處設置明顯的交通導向標志，或派專人負責指揮交通。

2.5.4.5 撒布乳化瀝青。在碎石化層碾壓完后，對各項技術指標檢驗合格后，應即刻在其表面撒布乳化瀝青封層，以穩(wěn)定碎石化層頂面松散層，同時起到防水的作用。封層用乳化瀝青固體含量應為50%～55%，其余技術指標應滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求。乳化瀝青用量宜為2.0～3.5kg/m2，頂面松散層粉末較多時用量宜采用上限。集料粒徑宜為4.75～9.5mm，含泥量應小于3%，集料用量以鋼輪壓路機碾壓時不粘輪為原則。

2.5.4.6 鋪筑瀝青混合料加鋪層。碎石化層碾壓完畢后，應盡早（一般在48小時內）進行攤鋪瀝青混合料層，以減少車輛交通對破碎層的損壞，并避免下雨。瀝青混合料加鋪層施工應按設計進行，同時還應滿足《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》（JTG F40-2004）的要求。

3 工程應用及評價

2013年銅川市干線公路養(yǎng)護大修工程（210國道K835+000～K863+000段）應用了共振碎石化技術，對舊水泥混凝土路面板碎石化后加鋪瀝青面層。該路段具有以下特點，故采用共振破碎加鋪方案。

①道路兩側為居民房屋較多，且距路側較近，路面標高具備抬高的條件。

②該路段路是銅川連通渭南的主要通道，基寬度12米，路面寬度10米，交通流量大，施工行車干擾大。

③舊水泥路面板斷板率達30%左右，各類病害較多。但濕軟路基造成的病害類型較少，地下水位也較低。

通過施工，在共振碎石化后對碎石化層進行挖探檢測發(fā)現(xiàn)破碎后的水泥塊之間相互嚙合，成鋸齒狀，呈斜向嵌擠結構，裂紋與路面形成40°～50°夾角，基層頂面完好。破碎后的水泥板塊表層粒徑較小，較松散，類似于細顆粒的碎石層，粒徑基本小于5cm；下層粒徑較大，嵌鎖良好，粒徑基本在10cm～20cm之間，通過對碎石化層頂面當量回彈模量檢測發(fā)現(xiàn)，碎石化后的模量在250～400MPa。目前，該項目已通過驗收，目前尚未發(fā)現(xiàn)任何反射裂縫和車轍等相關病害，道路使用性能良好。根據驗收彎沉可知，該路段驗收彎沉基本小于0.36mm，滿足設計要求。

4 結束語

共振碎石化技術是對舊水泥混凝土路面改造的一種新技術，具有工期短、實施方便、造價適中、低碳環(huán)保、環(huán)境影響小、有效解決交通流量比較大路段“封”交通的難題等優(yōu)點，是舊水泥混凝土路面翻修改造的理想方法。

隨著我國舊水泥混凝土路面改造工程規(guī)模的不斷擴大，這一先進適用的共振碎石化技術將會得到更多的推廣應用，也必將帶來更好的經濟效益和社會效益。

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