共振碎石化技術(shù)在舊水泥混凝土路面改建施工中的應(yīng)用研究

樊洪峰

（上海崇明市政工程有限公司，上海 202150）

隨著水泥混凝土路面使用年限的增加，伴隨著其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的下降，相應(yīng)的縱、橫向裂縫、斷板、錯(cuò)臺(tái)等路面病害逐步增多，不僅影響了行車安全，還嚴(yán)重影響路面行駛的舒適度?！鞍准雍凇睆?fù)合式路面結(jié)構(gòu)是目前比較常見的舊水泥混凝土路面改造技術(shù)，但這種方法直接在舊水泥混凝土路面上加罩瀝青面層，由于混凝土路面板的翹曲應(yīng)力的反復(fù)作用，改造后出現(xiàn)反射裂縫幾乎無法避免。為解決這一問題，將水泥板塊破碎后再進(jìn)行瀝青加罩是比較理想的選擇。根據(jù)目前國內(nèi)外公路改建工程的經(jīng)驗(yàn)來看，采用共振碎石化技術(shù)，將混凝土板碎石化之后作為加罩路面的基層或者底基層，既解決了反射裂縫的問題，同時(shí)也增加了道路的耐久性、舒適性。文章結(jié)合S128陳海公路大修工程共振碎石化施工情況，對(duì)共振碎石化技術(shù)在舊水泥混凝土路面改建施工中的應(yīng)用進(jìn)行較為深入的分析[1]。

1 共振碎石化技術(shù)的原理與特點(diǎn)

1.1 共振破碎原理

共振式破碎設(shè)備利用振動(dòng)梁帶動(dòng)工作錘頭振動(dòng)，錘頭與路面接觸。錘頭的振動(dòng)頻率在44Hz左右，振幅為10～20mm。通過對(duì)錘頭振動(dòng)頻率的調(diào)節(jié)，以接近水泥板塊的固有頻率，因此錘頭的振動(dòng)將引起舊水泥板塊共振而使其迅速開裂。水泥混凝土路面在碎石化后粒料相互嚙合嵌擠，裂紋與路面呈30～60°的夾角，這種角度可獲得比垂直破裂更大的模量，使破碎后的結(jié)構(gòu)仍具有較好的承載力，如圖1所示[2]。

1.2 共振碎石化技術(shù)的特點(diǎn)

圖1 共振碎石化過程

（1）不會(huì)產(chǎn)生反射裂縫問題。在對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行碎石化后，水泥板塊破碎成很小的粒料層，成為一個(gè)整體上有相當(dāng)承載力的柔性基層，在這樣的基層上加鋪瀝青混凝土就不會(huì)產(chǎn)生反射裂縫問題[3]。（2）施工速度快、效率高。目前單臺(tái)共振破碎及的生產(chǎn)率已經(jīng)可以達(dá)到2000m2/班組，根據(jù)施工情況適當(dāng)調(diào)整設(shè)備數(shù)量及班組投入，將極大地縮短施工周期，節(jié)省成本。（3）減少了施工擾民。共振碎石化設(shè)備的錘頭相對(duì)其他破碎設(shè)備來說重量較小，故而錘擊過程中發(fā)出的聲音和震動(dòng)也相對(duì)小很多，能有效減少施工對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦脑胍粲绊?。?）環(huán)保無污染。采用共振碎石化技術(shù)將打碎的混凝土板塊直接作為新鋪瀝青面層的基層或者底基層，無需將破損的混凝土面板打碎運(yùn)走，既節(jié)約了成本，又避免了建筑垃圾處理的環(huán)保問題。

2 共振碎石化施工技術(shù)在工程實(shí)例中的應(yīng)用

2.1 工程概況

S128陳海公路為一級(jí)公路，其中K53+900～K66+827路段建于2000年，為水泥混凝土路面，建成至今未實(shí)施過大中修，由于路面病害的逐年增加，實(shí)施路面大修改造勢(shì)在必行。其中機(jī)動(dòng)車道水泥路面寬度為8.5m×2，老路結(jié)構(gòu)由下至上分別為15cm二灰土底基層+30cm粉煤灰三渣基層+24cmC35水泥混凝土面層。此次大修改造工程中對(duì)舊水泥混凝土路面共振碎石化處理后作為道路基層，噴灑透層油后，實(shí)施0.8cm瀝青碎石纖維封層，然后再攤鋪18cm三層式瀝青面層。

2.2 碎石化施工設(shè)備的選擇

工程采用2臺(tái)CB-900共振破碎機(jī)，設(shè)備破碎時(shí)行進(jìn)速度為3.2～6.5km/h，破碎頻率控制在40～55Hz，振幅為10～20mm。此款破碎機(jī)為基本梁式振動(dòng)破碎機(jī)的改進(jìn)和提升款，具有更大的發(fā)動(dòng)機(jī)功率，更大的配重，同時(shí)采用數(shù)字信號(hào)，配合最新的操作系統(tǒng)，施工效率、精準(zhǔn)度更高，符合工程施工工期與質(zhì)量的要求。

2.3 共振碎石化施工工藝

（1）施工前的準(zhǔn)備。①清除路面存在的瀝青面層。由于舊水泥混凝土路面存在的瀝青修補(bǔ)塊、加鋪層等會(huì)吸收部分破碎沖擊過程中的能量，影響破碎效果，因此碎石化施工前應(yīng)先組織路面清理。②標(biāo)記構(gòu)造物的位置。碎石化破碎過程中的沖擊波具有一定的影響范圍，對(duì)埋設(shè)在道路范圍內(nèi)的構(gòu)造物具有危害，破碎施工前應(yīng)結(jié)合圖紙對(duì)施工范圍內(nèi)的隱藏構(gòu)造物（如地下管線、管涵等）進(jìn)行充分調(diào)查并標(biāo)記現(xiàn)場位置。通常情況下，板塊下存在壓力管道或埋設(shè)深度小于0.8m的一般公用管道時(shí)不得采用共振碎石化進(jìn)行施工，該工程施工前經(jīng)與管線管理部門確認(rèn)及現(xiàn)場勘查，沿線板塊下均無管線影響，滿足共振破碎條件。③排水系統(tǒng)的設(shè)置。進(jìn)行共振破碎應(yīng)盡量避免雨天施工，由于路面板塊碎石化后，混凝土顆粒間沒有黏結(jié)力，如果有水滲入，將產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量安全隱患。因此在施工前應(yīng)對(duì)道路路面的排水系統(tǒng)進(jìn)行檢查與評(píng)估，對(duì)于原排水系統(tǒng)失效的情況，要修復(fù)或設(shè)置路面邊緣排水系統(tǒng)。排水可采用碎石盲溝形式，設(shè)置后應(yīng)保證排水順暢[4]。

（2）試驗(yàn)段的試振。路面共振碎石化實(shí)施前應(yīng)先設(shè)置試驗(yàn)段進(jìn)行試振，長度宜為100～200m，具體選擇時(shí)根據(jù)道路等級(jí)及設(shè)計(jì)要求取值。此次實(shí)施改造的陳海公路為一級(jí)公路，試驗(yàn)段布置在K64+600～K64+800西半幅位置，此路段區(qū)域?yàn)橹本€段，縱坡較小，在工程實(shí)施范圍內(nèi)具備代表性。為了進(jìn)一步確定破碎施工的參數(shù)，將試驗(yàn)段分為兩個(gè)分區(qū)，并按不同的施工參數(shù)分別進(jìn)行破碎施工，具體的施工參數(shù)如表1所示。

表1 試振施工參數(shù)

根據(jù)方案預(yù)先確定的施工參數(shù)進(jìn)行施工，共振破碎設(shè)備先以4km/h的速度由K64+600向K64+700開始破碎，目測(cè)表面破碎效果，完成后調(diào)整施工參數(shù)以6km/h的速度由K64+700向K64+800進(jìn)行破碎。為了保證路面破碎后，符合規(guī)定的尺寸及級(jí)配，在試驗(yàn)段中隨機(jī)選取2～3個(gè)獨(dú)立的位置，分別開挖1.2m×1.2m的試坑，用以檢查破碎粒徑分布情況以及均勻程度。根據(jù)該工程設(shè)計(jì)要求，破碎材料自上而下由小到大，破碎面應(yīng)在30～60°，破碎粒徑范圍為2.5～15.2cm。該工程兩處試坑內(nèi)粒徑篩分檢測(cè)結(jié)果及具體設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 粒徑篩分試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)兩個(gè)分區(qū)的檢測(cè)數(shù)據(jù)比較，各粒徑的顆粒級(jí)配檢測(cè)數(shù)據(jù)較接近，并均符合設(shè)計(jì)要求。因此確定的共振施工參數(shù)如下：行車速度4～6km/h，激振力8.89kN，錘頭振動(dòng)頻率42～44Hz，振幅15～20mm，并以此施工參數(shù)為依據(jù)控制后續(xù)共振碎石化施工。

（3）共振破碎施工。根據(jù)試驗(yàn)段所獲得的最佳共振施工參數(shù)對(duì)全路段進(jìn)行破碎施工，施工順序由外側(cè)車道邊緣開始向內(nèi)逐條破碎，每一條錘頭的破碎寬度為0.2m，下一條破碎區(qū)域應(yīng)間隔第一條破碎區(qū)域2～4cm，破碎一條車道應(yīng)控制在15～17條。同時(shí)，相鄰兩幅破碎應(yīng)保證15cm左右的搭接破碎寬度。施工中，要求破碎機(jī)駕駛操作員應(yīng)隨時(shí)注意觀察機(jī)械的運(yùn)行工況、錘頭破碎的實(shí)際效果，并及時(shí)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整破碎設(shè)備參數(shù)，以達(dá)到良好的破碎效果。

（4）施工后處治與碾壓。①破碎層的清理與保護(hù)。進(jìn)行破碎層碾壓前，應(yīng)檢查破碎層表面是否存在水泥混凝土板塊填縫料及外露鋼筋，并及時(shí)進(jìn)行清理或剪除。如果表面有尺寸較大的碎塊時(shí)，應(yīng)一并予以清除，并用粒料回填。一般來說，破碎層的裸露時(shí)間不得多于3d，期間應(yīng)做好防雨水措施，同時(shí)施工車輛不得在破碎層上隨意剎車和調(diào)頭。②破碎層的碾壓。碾壓的作用是將破碎層的表面粒料進(jìn)一步破碎，同時(shí)穩(wěn)固下層粒料，為鋪筑后續(xù)面層提供一個(gè)較為平整的表面。該工程碾壓采用20t鋼輪壓路機(jī)，碾壓前適量灑水，從兩側(cè)路肩位置向路中心進(jìn)行碾壓，碾壓時(shí)速度控制為不大于1.83m/s，碾壓次數(shù)為3～5次。壓實(shí)過程中，注意觀察受壓面，如發(fā)現(xiàn)任何有垂直位移超過2cm的區(qū)域，均考慮開挖移除，并采用級(jí)配碎石回填并壓實(shí)。

（5）碎石化表層處置。碎石化后宜對(duì)表層進(jìn)行處治，該工程共振碎石化后噴灑瀝青透層油，并實(shí)施0.8cm瀝青碎石纖維封層，碎石化后表層的粒徑較小，乳化瀝青透層及碎石纖維封層起到了穩(wěn)固和防水的雙重效果。

2.4 技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)及實(shí)施效果

通常，對(duì)于水泥混凝土路面實(shí)施共振碎石化施工后的質(zhì)量驗(yàn)收工作，采用外觀檢查和試驗(yàn)檢測(cè)相結(jié)合的方法。通過開挖試坑對(duì)碎石化效果和粒料性狀進(jìn)行直觀判定，觀察板塊內(nèi)是否產(chǎn)生斜向受力和嵌擠結(jié)構(gòu)，通過對(duì)粒料的顆粒級(jí)配進(jìn)行分析，判斷共振破碎效果并指導(dǎo)后續(xù)施工[5]。另外，對(duì)破碎層表面進(jìn)行頂面回彈模量檢測(cè)，從測(cè)試結(jié)果看，該工程隨機(jī)抽取的兩處位置頂面回彈模量分別為266MPa、246MPa，均滿足200～300MPa的設(shè)計(jì)要求，說明碎石化后破碎層仍具有較高的強(qiáng)度。同時(shí)采用3m直尺對(duì)表面平整度進(jìn)行檢測(cè)，碎石層碾壓后均滿足設(shè)計(jì)平整度不超過2.5cm的要求。該工程完工通車半年來，通過日常巡視養(yǎng)護(hù)過程中的觀察，瀝青面層無裂縫、沉陷等病害的發(fā)生，路面平整度較好，行車體驗(yàn)舒適，整體工程情況良好。

3 結(jié)束語

結(jié)合崇明陳海公路大修工程施工，采用共振碎石化施工技術(shù)對(duì)原路面混凝土板塊進(jìn)行破碎后作為新建路面的基層，不僅優(yōu)化了整體路面結(jié)構(gòu)，徹底解決了舊混凝土路面改建中存在的反射裂縫問題，同時(shí)具有施工效率高、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、對(duì)交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，極大地縮短舊混凝土路面維修改造的施工周期，值得在水泥路面的修復(fù)改建項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。