論舊水泥混凝土路面共振碎石化施工技術(shù)

唐劍

摘要 共振碎石化技術(shù)利用共振設(shè)備破碎錘頭高頻低幅震動(dòng)，共振破碎舊水泥路面混凝土面板，作為新路面基層，實(shí)現(xiàn)舊水泥路面材料的回收利用，減少環(huán)境污染，該施工技術(shù)具有施工便捷、施工周期短、施工質(zhì)量佳、造價(jià)低、社會(huì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。基于此，文章針對(duì)舊水泥混凝土路面共振碎石化施工技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)合工程實(shí)踐從其施工技術(shù)原理及適用范圍進(jìn)行分析，提出相關(guān)施工工藝技術(shù)操作及質(zhì)量控制要點(diǎn)，可為同類(lèi)工程施工提供參考。

關(guān)鍵詞 公路大修;路面改造;舊水泥路面;共振碎石化技術(shù);施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào) U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）13-0139-03

0 引言

水泥混凝土路面是我國(guó)交通路網(wǎng)的重要構(gòu)成形式，受長(zhǎng)期車(chē)載、環(huán)境損害等多重因素作用，多數(shù)路面存在不同程度的破損、開(kāi)裂、脫空等病害，面臨改造加鋪的技術(shù)需求[1]。傳統(tǒng)“白加黑”鋪筑工藝，雖然能夠短時(shí)間內(nèi)消除路表開(kāi)裂、破損病害，但難以根除反射裂縫。共振碎石化施工技術(shù)，可充分釋放舊水泥路面的層間應(yīng)力，消除水泥路面板反射裂縫，工程效益顯著[2]。該文依托具體工程，對(duì)舊水泥混凝土路面共振碎石化施工技術(shù)展開(kāi)研究，具有十分重要的意義。

1 工程概況

某高速公路是國(guó)家公路交通重點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)的“五縱七橫”內(nèi)的一段，是國(guó)家“九五”重點(diǎn)工程之一，主線全長(zhǎng)168.848 km，其中第四合同段的舊水泥混凝土路面有1.3 km采用了共振碎石化施工技術(shù)，具體樁號(hào)為K1580+000～K1581+200，舊水泥路面采用共振碎石化施工技術(shù)的面積是31 850 m2。

2 共振碎石化施工技術(shù)適用范圍

該施工技術(shù)適用于各等級(jí)道路舊水泥混凝土路面的改造工程。按相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查、計(jì)算路面斷板率、平均錯(cuò)臺(tái)量、路面狀況指數(shù)PCI、接縫傳荷能力四項(xiàng)評(píng)定指標(biāo)參數(shù)，評(píng)價(jià)共振碎石化技術(shù)適用性，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

3 工藝原理

共振碎石化技術(shù)利用共振原理，水泥路面板在持續(xù)高頻低幅沖擊下產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使得混凝土面板整體均勻破碎，碎塊在沖擊震動(dòng)作用下，相互嵌擠、嵌鎖形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[3]。

共振碎石化技術(shù)利用共振原理破碎水泥路面板，水泥路面板碎裂均勻，碎塊粒徑分布規(guī)律，可從根源上消除反射裂縫，基本不會(huì)擾動(dòng)路基、地下結(jié)構(gòu)，且經(jīng)破碎形成的碎石結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度較高，可直接作為柔性基層結(jié)構(gòu)。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程（見(jiàn)圖1）

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

（1）按照規(guī)范要求開(kāi)展路況調(diào)查，調(diào)查道路沿線氣候條件、交通量、重載交通占比、技術(shù)狀況等信息，為改建道路改造方案設(shè)計(jì)、選定提供指導(dǎo)[4]。

（2）主要材料見(jiàn)表2;主要機(jī)械設(shè)備見(jiàn)表3。

（3）標(biāo)記施工場(chǎng)地構(gòu)造物，便于施工階段監(jiān)測(cè)、保護(hù);共振碎石化施工豎直向、水平向安全距離，見(jiàn)表4、表5。

（4）編制、完善施工組織計(jì)劃、施工方案、交通控制方案、環(huán)?？刂品桨傅?，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)。

（5）設(shè)置排水系統(tǒng)，確保施工期間場(chǎng)地排水通暢。

4.2.2 選擇試振區(qū)、開(kāi)挖檢查坑、選定共振機(jī)施工控制參數(shù)

（1）試振區(qū)選擇：試驗(yàn)段技術(shù)狀況在全線具有代表性，確保試驗(yàn)區(qū)確定的施工參數(shù)可指導(dǎo)全線工程施工;設(shè)置代表性路段長(zhǎng)200 m。

（2）檢查坑：為保證工程效果，檢查坑宜設(shè)置在最不利工況部位;該工程試振區(qū)檢查坑布設(shè)于振區(qū)中央，數(shù)量為3個(gè)，規(guī)格為1.2 m×1.2 m×h（板厚）。

（3）施工控制參數(shù)：振幅1.2 cm;振動(dòng)頻率：應(yīng)急車(chē)道50 Hz，行車(chē)道、超車(chē)道48 Hz;振動(dòng)設(shè)備行進(jìn)速度：1.3 km/h。

4.2.3 共振破碎施工

（1）碎石化施工順序按“邊緣向中間、路拱高向低、路面低向高”順序進(jìn)行，便于滲透進(jìn)的水分排出[5]。

（2）單錘頭破碎寬度約0.2 m，單車(chē)道碎縫控制在15～18條。

（3）為消除既有水泥面板間接縫，共振碎石化施工階段，須確保碎石化板塊與相鄰板塊破碎搭接寬度不小于0.1 m，防止板間應(yīng)力集中，遺漏質(zhì)量隱患。

（4）為保證連續(xù)配筋混凝土路面破碎效果，施工前宜進(jìn)行預(yù)裂處理;若工前不具備預(yù)裂條件，施工階段可適當(dāng)調(diào)整碎裂施工參數(shù)，采取加大振動(dòng)頻率、降低行進(jìn)速度等方式，確保連續(xù)配筋混凝土路面達(dá)到設(shè)計(jì)碎裂效果[6]。

（5）共振碎石化施工，需全寬、全方位、全深度共振破碎舊混凝土路面板，不得依靠非共振設(shè)備進(jìn)行輔助破碎。確保不形成由于施工方式不同造成的施工縫，避免日后反射裂縫的產(chǎn)生。

4.2.4 破碎層的清理

清除破碎層上原面層接縫、裂縫填料、尺寸大于10 cm碎塊;修剪凸出碎石層外露鋼筋，修剪至與碎石化層頂面齊平。

4.2.5 碎石化層的碾壓

碎石化層碾壓工序及碾壓施工操作要點(diǎn)如下：

（1）初壓、復(fù)壓采用單輪壓路機(jī)，初壓靜壓1遍，復(fù)壓強(qiáng)振碾壓1遍，弱振碾壓1遍;終壓膠輪壓路機(jī)靜壓1～2遍;壓路機(jī)行進(jìn)速度控制在3 km/h以?xún)?nèi)。

（2）直線路段、未設(shè)置超高平曲線路段，按兩側(cè)向中心順序碾壓;設(shè)置超高平曲線路段，按中心向兩側(cè)順序碾壓[7]。

（3）為確保碎石化層碾壓強(qiáng)度，可在初壓、終壓前適當(dāng)灑水，促進(jìn)膠結(jié)料、骨料粘合板結(jié)。

（4）碾壓施工階段，嚴(yán)禁壓路機(jī)隨意掉頭、緊急制動(dòng);碾壓凸起、凹陷部位時(shí)，須先耙松、整平不平部位，再進(jìn)行碾壓施工，確保碎石化層碾壓平整度符合施工要求。

4.2.6 碎石化層的保護(hù)

施工期間的交通車(chē)輛管控：1）嚴(yán)控施工車(chē)輛通行次數(shù)，嚴(yán)禁車(chē)輛隨意調(diào)頭、剎車(chē);2）無(wú)關(guān)車(chē)輛嚴(yán)禁入場(chǎng)。

開(kāi)放交通能夠加速碎石化層的板結(jié)和穩(wěn)固，提高其早期強(qiáng)度，有利于防止瀝青面層的疲勞損傷;車(chē)輛的碾壓也能夠使軟弱基礎(chǔ)及早暴露，及早處治，在瀝青攤鋪之前將病害消滅于無(wú)形。

5 質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 碎石化層質(zhì)量控制與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

（1）破碎粒徑：路面共振碎石化施工完畢，選擇合適位置開(kāi)挖檢測(cè)試坑，試坑規(guī)格不宜小于50×50 cm，深度略大于路面板厚。碎石化成碎石粒徑要求見(jiàn)表6。

（2）破碎層表面破碎深度和裂縫檢測(cè)方法每段（100 m）檢測(cè)坑為2個(gè)，單坑規(guī)格為50×50 cm，坑深6.5～9.5 cm，使用卷尺量測(cè)破碎深度;破碎層碾壓施工前后，每100 m分別鉆芯取樣兩處，對(duì)比碾壓前后芯樣開(kāi)裂均勻程度，評(píng)價(jià)碎石化層共振破碎施工質(zhì)量，調(diào)整共振碎石設(shè)備共振頻率參數(shù)，確保正式施工階段舊水泥混凝土路面取得良好的共振破碎施工效果。

5.2 承載能力

共振碎石及灑水壓實(shí)后，按照設(shè)計(jì)、施工要求，均勻、足量噴灑透層油，待透層油達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，立即測(cè)定碎石層頂面回彈模量值，評(píng)價(jià)碎石化層抗壓性能;為確保數(shù)據(jù)能夠反映碎化層抗壓性能，測(cè)點(diǎn)數(shù)量要求不少于每千米3個(gè)[8]。對(duì)比路段各測(cè)點(diǎn)當(dāng)量回彈模量與設(shè)計(jì)值、規(guī)范值偏差，若實(shí)測(cè)值小于規(guī)范值、設(shè)計(jì)值，須根據(jù)差值大小分析產(chǎn)生成因，采取調(diào)整施工參數(shù)或添加水泥、石灰等膠凝材料的方式，提升碎石化層抗壓性能，防止路面服役期間因路基承載力不足發(fā)生破壞[9]。（回彈模量不方便檢測(cè)時(shí)，可換算成回彈彎沉值來(lái)檢測(cè)）。碎石化層頂面彎沉值均勻性、綜合回彈模量作為指標(biāo)，評(píng)價(jià)舊水泥混凝土路面碎石化效果，為加鋪層設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

6 效益分析

該高速公路大修舊混凝土路面處治方式一般為壓漿、換板處治;換板施工對(duì)破除路面的混凝土渣塊進(jìn)行廢棄，產(chǎn)生了大量的建筑垃圾，且施工所需機(jī)械、人工過(guò)多，經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益低下;為減少施工工期，人工、機(jī)械等資源浪費(fèi)，該項(xiàng)目1.95 km的舊水泥路面采用了共振碎石化施工技術(shù)，舊水泥路面共振碎石化面積為45 896 m2，工程造價(jià)相比直接加鋪連續(xù)配筋復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)每平方可節(jié)約108.38元，合計(jì)節(jié)約497.4萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著;同時(shí)，節(jié)約石料1.2萬(wàn)t、土地3 335 m2，環(huán)境效益、社會(huì)效益顯著。舊水泥混凝土路面處治及加鋪綜合方案經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表7。

7 結(jié)論

該高速大修工程現(xiàn)已通車(chē)6年，路面運(yùn)營(yíng)情況良好，未見(jiàn)任何主要質(zhì)量缺陷問(wèn)題，滿(mǎn)足日常交通需求。其余舊水泥混凝土路面采用換板及壓漿補(bǔ)強(qiáng)處治，兩種工藝均直接加鋪同樣的瀝青結(jié)構(gòu)層（20 cm厚）。采用換板及壓漿補(bǔ)強(qiáng)處治工藝的路段現(xiàn)在已銑刨返修800 m，多次進(jìn)行了坑洞修補(bǔ)，原路面反射裂縫較多，而采用共振碎石化施工的段落路面狀況良好，有效控制了原路面的反射裂縫，降低了后期的維修養(yǎng)護(hù)費(fèi)用。除此之外該技術(shù)還有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）共振碎石化技術(shù)將舊水泥混凝土路面破碎為相互嵌鎖的高強(qiáng)度碎石粒料層，并經(jīng)碾壓、撒布透層后，可直接加鋪瀝青面層，省去水穩(wěn)等結(jié)構(gòu)層，加鋪厚度小，并充分利用原有路面的剩余結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，具有后期維護(hù)成本低、節(jié)約造價(jià)、低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

（2）破碎后的碎石尺寸理想、均勻，不沖擊下部基礎(chǔ)，同時(shí)保證水穩(wěn)下基層、路基、管線和設(shè)施的完好。

（3）與傳統(tǒng)加鋪連續(xù)配筋復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)相比，每平方米節(jié)約資金約100元，經(jīng)濟(jì)效益較高;共振碎石化工藝實(shí)現(xiàn)了舊水泥路面板材料“零浪費(fèi)”，節(jié)約了材料投入、堆料場(chǎng)地占用，環(huán)境、社會(huì)效益顯著;且施工效率高，破碎、碾壓后可直接加鋪瀝青路面，基本無(wú)養(yǎng)生周期，對(duì)沿線交通影響較小。

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