淺談共振碎石化技術(shù)在城市道路大修中的施工工藝和質(zhì)量控制

吉國榮

摘 要：本文主要介紹了共振碎石化技術(shù)在上海市莘莊工業(yè)區(qū)金都路“白改黑”大修工程中的應(yīng)用，介紹了共振碎石化技術(shù)的特點(diǎn)、原理、工藝流程、施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。以此工程為例，為類似工程提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：市政道路；共振碎石化；加鋪瀝青混凝土；施工工藝；質(zhì)量控制；管理

1 前言

憑借承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，水泥混凝土路面在我國90年代被大量修筑。上海市在這一時(shí)期也修建了大量水泥混凝土道路。如：莘莊工業(yè)區(qū)內(nèi)金都路、銀都路、申富路、春光路和春東路等。經(jīng)過一、二十年的使用，加之該區(qū)域通行較多的載重車輛，多條道路已經(jīng)出現(xiàn)了板塊碎裂、斷板和縱橫向裂縫等病害。此外，雨天路面泥漿濺出，晴天灰塵四起，車輛通行時(shí)產(chǎn)生極大的噪音，這些病害降低了道路的通行能力和服務(wù)水平。金都路兩側(cè)分布眾多的工廠、企業(yè)，上述問題的存在，尤其影響道路沿線周圍企業(yè)的環(huán)境，與莘莊工業(yè)區(qū)的整體的經(jīng)濟(jì)環(huán)境不匹配。為了改善莘莊工業(yè)區(qū)的整體環(huán)境，提高道路使用功能和服務(wù)水平，對(duì)水泥混凝土道路進(jìn)行“白改黑”改造成了管理部門首要解決的問題。

山東省早在2003年率先在全國使用了共振碎石化技術(shù)，之后，在江蘇、浙江等省份逐步應(yīng)用推廣。閔行區(qū)市政工程管理所在2011年采用共振碎石化技術(shù)對(duì)莘松路進(jìn)行“白改黑”大修改造。距今超過7年，目前道路使用情況一切良好。從全國應(yīng)用發(fā)展來看，共振碎石化在過去20年的發(fā)展期間，不斷經(jīng)過實(shí)踐總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，摸索，這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)在延緩反射裂縫，縮短工期上相對(duì)于其他技術(shù)有很大優(yōu)勢(shì)。因此作為莘莊工業(yè)區(qū)的建設(shè)管理單位，應(yīng)對(duì)碎石化白改黑技術(shù)的采用的施工工藝、質(zhì)量要求進(jìn)行專業(yè)的研究分析，并且總結(jié)相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，為今后工業(yè)區(qū)類似工程提供技術(shù)參考。

2 項(xiàng)目概況

莘莊工業(yè)區(qū)金都路（老紫江～滬閔路）道路改建工程，全長3.14km，道路紅線寬度32m，為城市次干路，設(shè)計(jì)速度40km/h。工程的主要內(nèi)容為機(jī)動(dòng)車道共振碎石化后加罩三層瀝青混凝土，其中上面層采用4cm SMA-13C 改性瀝青瑪蹄脂碎石混合料[SBS（I-D）]。

3 共振碎石化施工工藝及質(zhì)量控制

3.1 共振碎石化的優(yōu)點(diǎn)

（1）施工迅速、對(duì)交通影響較小。

（2）能夠較好的解決板塊的反射裂縫問題。

（3）對(duì)埋深超過1m的地下管線沒有任何影響，便于城市道路施工。

（4）水泥混凝土板塊破碎后充當(dāng)基層，不用外運(yùn)，節(jié)省造價(jià)，有利于環(huán)保。

3.2 共振碎石化的原理

共振碎石化的原理是，利用機(jī)械設(shè)備工作錘頭產(chǎn)生高頻率且低振幅的震動(dòng)，通過工作錘頭將震動(dòng)的能量傳導(dǎo)給板塊，并產(chǎn)生同步共振，最后將板塊震碎。共振設(shè)備產(chǎn)生的高頻率低震幅振動(dòng)能量，可以讓老路板塊結(jié)構(gòu)均勻破碎，破碎后上部板塊形成粒徑較小的碎塊，下部形成帶有一定嵌鎖形式的碎塊。碎塊大小和方向較為規(guī)律，板塊內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生斜方向的裂紋，會(huì)與路面形成30°～40°角度，破碎的水泥塊之間相互嵌鎖，形成鋸齒狀的特殊結(jié)構(gòu)，主體具有一定強(qiáng)度，為瀝青加鋪層提供穩(wěn)固的柔性基礎(chǔ)，在共振后的板塊直接加鋪瀝青面層，避免清理舊料，省時(shí)省力。

震碎后的水泥板塊上層粒徑較小且較松散，下層的粒徑稍大，內(nèi)部形成一定的嵌鎖結(jié)構(gòu)，這樣表層稍小的粒徑的柔性結(jié)構(gòu)，能消除反射裂縫，有利于路面滲水橫向排出；下部較大的粒徑結(jié)構(gòu)尚未被破壞，可以提供一定的強(qiáng)度，提高基層的承載力。共振完成后壓實(shí)，使上下層結(jié)構(gòu)形成相互嵌鎖的穩(wěn)定基層。

3.3 共振碎石化的工藝流程

老路破碎前，需首先查清老路路況——移除混凝土表面瀝青——灑水——選取試驗(yàn)段——正式共振——共振后清除表面較大顆粒——壓實(shí)——振后效果檢測(cè)——鋪筑并壓實(shí)瀝青加鋪層。

（1）施工前安裝排水系統(tǒng)。

（2）移除舊路上的瀝青。

（3）設(shè)置試振區(qū)和試測(cè)坑。

（4）共振后上層粒徑需小于7.5cm，主要碎塊粒徑應(yīng)為2.5～7.5cm。

（5）碎石化后需采用鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)，次數(shù)為3次，碾壓速度不得大于1.8m/s。

（6）如遇地基軟弱路段，應(yīng)會(huì)同設(shè)計(jì)單位對(duì)軟弱路段進(jìn)行勘驗(yàn)，取得設(shè)計(jì)單位同意后，應(yīng)將板塊挖除，并將下部軟弱路基進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。

（7）在瀝青混凝土面層攤鋪前，不得開放交通，為促進(jìn)瀝青層與碎石化層之間連接，必須撒布粘層油。

3.4 共振碎石化設(shè)備的選擇

實(shí)施碎石化的主要設(shè)備有MHB（Mutilpe-Head Breaker）類設(shè)備和共振設(shè)備兩種類型。

多錘式破碎機(jī)主要是靠自身產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊能量撞擊混凝土板塊，來完成破碎工作的。其工作原理是：油缸活塞桿上升，帶動(dòng)破碎錘上升后，依靠破碎錘的自由下落，對(duì)水泥混凝土板塊形成較大的沖擊。破碎時(shí)在整車行走過程中破碎錘交替下落，對(duì)混凝土路面進(jìn)行破碎。經(jīng)試驗(yàn)，多錘頭破碎機(jī)破碎后的顆粒尺寸范圍控制在7.5～30cm之間，能夠取得良好的使用效果。

共振型破碎機(jī)是通過共振設(shè)備中的液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)大梁內(nèi)的偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，共振大梁會(huì)產(chǎn)生高頻率的振動(dòng)波，依靠兩處支點(diǎn)并加以配重，使得大梁產(chǎn)生“S”型彎曲撓性撞擊，最終在搗錘端頭處產(chǎn)生低振幅。產(chǎn)生的高頻率接近或達(dá)到水泥凝土板塊的固有頻率后，使得混凝土板塊內(nèi)部急速產(chǎn)生斜向裂紋，并隨著振動(dòng)持續(xù)向板塊下部擴(kuò)充，直至整體震碎。由于大量能量被板塊吸收，因此共振碎石化后產(chǎn)生的顆粒較多錘頭機(jī)械要小很多，可有效抑制反射裂縫。共振對(duì)路下管線影響小，對(duì)路下影響深度不超過1m。

上海已在滬南公路上應(yīng)用多錘式破碎機(jī)進(jìn)行碎石化，在滬青平公路進(jìn)行共振碎石化。通過實(shí)踐對(duì)比，多錘式施工震動(dòng)強(qiáng)烈，噪音大，揚(yáng)塵多，有可能損壞既有基層和管線，對(duì)周圍建筑物影響較大，而共振碎石化施工震動(dòng)小，噪音低，揚(yáng)塵少，不會(huì)損壞既有基層和管線，對(duì)周圍建筑物影響較小?？紤]到金都路沿線企業(yè)密集，車行道下管線眾多，因此金都路大修工程選擇采用共振碎石化。

3.5 共振碎石化的施工質(zhì)量控制

3.5.1 破碎前的調(diào)查和準(zhǔn)備工作。

（1）嚴(yán)重病害部位的處理。在老路共振碎石化之前應(yīng)對(duì)出現(xiàn)板塊沉陷，彎沉異常偏大的路段，在修復(fù)基層后，用C20混凝土對(duì)翻挖的板塊處進(jìn)行澆筑，養(yǎng)護(hù)完成后一并共振。

（2）設(shè)置高程控制點(diǎn)。根據(jù)測(cè)量單位提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行高程控制點(diǎn)的布設(shè)，以便在施工過程中監(jiān)測(cè)路面共振時(shí)是否產(chǎn)生沉陷現(xiàn)象。

3.5.2 試振及開挖試坑檢查

（1）試振。為了確保共振碎石化的施工質(zhì)量，保證共振后的水泥混凝土顆粒的粒徑滿足符合設(shè)計(jì)的要求，在實(shí)施正式共振前必須在試驗(yàn)路段進(jìn)行試振，并根據(jù)試振情況，調(diào)整設(shè)備相關(guān)參數(shù)。（2）試坑檢查。

試振區(qū)長度宜為100m～200m，寬度7.5m～15m；試坑大小為1.2m（長）×1.2m（寬）×h（板厚）。試坑在試振區(qū)中央部位，數(shù)量不小于2個(gè)，若發(fā)現(xiàn)試振碎石化質(zhì)量不滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)檢查設(shè)備、工序，及時(shí)設(shè)備參數(shù)后，重新試振至合格為止。

3.5.3 共振后表層保護(hù)

共振后接縫間的松散瀝青填料，體積較大的混凝土塊應(yīng)予以清理，并采用級(jí)配碎石進(jìn)行回填。碎石層上嚴(yán)格禁止車輛通行。如遇雨季施工，應(yīng)做好防水、排水工作，對(duì)于情況特殊破碎后不能立即碾壓的路段，應(yīng)在攤鋪瀝青層前做好必要的遮蓋保護(hù)共作。

4 結(jié)語

金都路自2013年采用共振碎石化技術(shù)大修至今，運(yùn)營5年，期間經(jīng)歷嘉閔高架施工，大型車輛集中通行的考驗(yàn)，目前路面情況良好。

共振碎石化作為一種近些年產(chǎn)生的新工藝，不僅具備工期短、實(shí)施簡便、造價(jià)低、舊料原地利用、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，并且是目前水泥混凝土路面“白改黑”最行之有效的技術(shù)方案之一。適合在道路“白改黑”項(xiàng)目中推廣。