共振碎石化技術在水泥路面改造工程中的應用

簡 斌，古有軍

(1.西南科技大學土木工程與建筑學院;2.綿陽市川交公路規劃勘察設計有限公司)

1 引言

近年來，我國公路交通建設發展迅速，新建了大量的高速公路和其它等級的道路，同時，對原有道路的改建也在大規模的進行。水泥混凝土路面是我國高等級道路的主要路面形式之一，上個世紀修建的水泥混凝土路面，隨著使用年限的增長和重載車輛的反復碾壓，路面破損嚴重，出現了斷裂、沉陷、唧泥、脫空、錯臺、坑洞等病害現象，路面使用狀況日趨下降，直接影響行車的安全和舒適性，因此，需要適時的進行路面改造。舊水泥混凝土路面加鋪技術按加鋪材料不同分為兩種類型:一種為在舊水泥混凝土路面上加鋪水泥混凝土路面(簡稱“白加白”)，另一種為舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土路面(簡稱“白加黑”)。由于瀝青加鋪層能有效地改善舊水泥路面的使用性能，提高車輛行駛的舒適性和安全性，改造和日常維修方便，對行車影響小，路容美觀等多種優點，因此在國內外舊水泥路面改造工程中應用最多。

目前，國內舊水泥混凝土路面常用的改造方案主要有以下幾種:壓漿修補后直接加鋪面層、破碎后加鋪基層和面層、挖除后重建等。這些維修改造方案中，有些對舊水泥混凝土路面處治不徹底，加鋪瀝青面層后容易出現反射裂縫，有些改造方案投資過大，有的還存在環境污染以及工程隱患等弊端。因此，工程技術和科研人員一直在探索一種經濟可行、可靠度高的水泥混凝土路面改造方案。

2 共振碎石化技術

水泥混凝土路面共振碎石化技術是一種舊水泥混凝土路面破碎處治技術，是對舊水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。該技術起源于20世紀后期的美國，是將舊水泥混凝土路面的面板，通過專用設備一次性破碎為碎塊柔性結構，破碎后其顆粒粒徑小，力學模式趨向于級配碎石。這種結構不僅具有一定承載力，而且具有有效防止或限制反射裂縫的發生、發展的作用。

1986年，美國首次使用RPB共振破碎機進行道路碎石化，隨后，該技術在美國的38個州應用與推廣，而后，遍及世界多個國家，該技術可適用于公路、城市道路、機場道路的碎石化加鋪改建。2004年，該技術被引入中國，并且在上海、江蘇、浙江、廣東等地被應用于公路及市政道路的舊水泥混凝土路面改造。

共振碎石化技術的特點:共振破碎是由共振機器通過破碎錘頭傳遞高頻低幅的振動能量到水泥混凝土板里，使水泥板塊表面的“裂紋”瞬間均勻地“擴展”到板塊底部，將水泥混凝土表層約5-8厘米厚碎化成級配碎石，下部產生與路面呈350-400角的斜向裂紋的嵌鎖結構。這種獨特的斜向受力和嵌鎖結構大大增強了碎裂后結構的承載力。經過破碎，可以達到以下效果:

(1)共振破碎的水泥塊之間相互嚙合，成鋸齒狀，為瀝青加鋪層提供穩固的施工平臺，有效避免了裂紋紋路與路面垂直，達到承重和防水的效果。

(2)破碎后的水泥板塊表層粒徑較小，較松散，下層粒徑較大，嵌鎖良好。這樣表層小的顆粒有利于消除反射裂縫和路面滲水的橫向排出，下部較大的顆粒可以提高路基的承載能力和阻止滲水向下滲透。粒料經壓實后相互嚙合得更緊，形成穩定的基層。

(3)由于破碎深度可以控制，高頻低幅共振產生的裂紋在穿透路面時就消散了，不會破壞原路基層的強度和均勻性，對地下設施也不會產生影響，并能使鋼筋很容易與混凝土顆粒有效分離，杜絕了鋼筋與其聯帶的水泥碎塊對新面層產生反射的影響。

3 工程應用及評價

綿(陽)～梓(潼)路屬于綿陽市區域性綜合交通樞紐的重要的一段，連接綿陽市區與梓潼縣。該路于1999年建成通車，迄今已10年。由于經濟的快速發展，特別是5.12地震后，沿線運輸災后重建物資的車輛激增，尤其是超重車輛增多，現有的水泥混凝土路面已出現多種病害，主要有:路面麻面、脫皮、面板斷裂、接縫啃邊、面板脫空等。為了迅速的恢復發展經濟，保持綿陽市交通大動脈的暢通，決定對該路進行改造。原路路面結構為:24 cm水泥混凝土面板(抗折強度5 MPa)+20 cm二灰砂礫基層+20 cm級配砂礫底基層，本次擬將該路改造為快速路，設計速度60 km/h。

根據目前國內外舊水泥混凝土路面翻修改造的新技術、新理念及本項目所在地氣象、水文條件、實際材料使用情況等，并結合2009年9月14日《綿陽市區域性綜合交通樞紐(綿梓路)改造提升工程可行性研究報告評估意見》，決定在K16+700～K23+450、K42+550～K47+065路段采用共振碎石化技術，長度共計11.265 km。此次改造提升工程主要包括以下幾部分內容:(1)采用共振碎石化技術將原有水泥混凝土路面破碎后作為基層;(2)在基層上直接加鋪瀝青混凝土面層;(3)增設路面排水系統;(4)交通工程設計;(5)道路綠化工程設計等。新加鋪的瀝青混凝土路面采用如下結構形式:面層采用4 cm厚細粒式sasobit改性瀝青混凝土(AC-13)+6 cm厚中粒式瀝青混凝土(AC-20C)+6 cm厚中粒式瀝青混凝土(AC-20C)+24 cm原水泥混凝土路面共振碎石化層。

3.1 施工過程

項目實施過程中，為了保證施工期間社會交通的正常通行及不影響沿線的車輛通行，采取了半幅道路封閉施工，另半幅道路開放雙向交通的施工交通組織方案。

(1)在大面積共振破碎前，先進行了試振，試振區長度為300 m。現場確定K20+200～K20+500右側為試驗段，施工結束后檢測了碎石化頂面回彈模量，驗證其是否滿足變異性要求，同時確定了破碎機械的基本破碎參數:振動頻率44 Hz，振幅10 ～20 mm，激振力8～10 kN，施工速度3.0 km/h。

(2)試振結束后，在封閉區域內對上行行車道整體實施破碎、碾壓，經檢測合格后48 h內攤鋪第一層瀝青混凝土加鋪層，隨后加鋪中面層HMA。

(3)將車輛放行至已加鋪的半幅路面，碎石化另外半幅，經檢測合格后加鋪下面層、中面層及上面層。

(4)清除原中央分隔帶的填土，作好中央分隔帶防排水項目，作好填方路側排水及路塹邊溝排水項目。

3.2 效果評價

(1)本工程由于基本未涉及地下管線等棘手問題，相對來說降低了施工難度。在整個破碎過程中，效果較好，達到了以下要求:0～1/2板厚部分小于7.5 cm，1/2板厚以下部分7.5～23 cm;含有鋼筋的舊水泥混凝土碎石化層，鋼筋以上部分碎塊粒徑在7.5 cm以內，鋼筋以下部分碎塊粒徑在23 cm以內;碎石化層小于0.075 cm含量不大于7%。

(2)破碎后碎石化層頂面的回彈模量代表值能滿足直接加鋪瀝青混凝土路面的要求。

(3)充分利用了原有路面的殘余承載能力、減少了廢棄物的產生，降低了環境污染。

4 總結

共振碎石化技術在中國應用的時間不長，目前我國尚無共振碎石化方面的技術標準和設計、施工規范，設計人員的能力和水平也參差不齊。通過將這一技術應用在“綿陽市區域性綜合交通樞紐(綿梓路)改造提升工程”中，發現該技術有顯著的優點:如振動影響小、噪音小、不擾民;施工程序簡便、效率高、有利于工期、質量目標的實現;節省投資、節約資源、環境污染小;能顯著消除反射裂縫的產生等，為這一技術的進一步提高和完善積累了寶貴的實驗數據和工程經驗，在當前我國水泥路面需要大規模改造的背景下，具有重要的指導意義。當然，其中也還存在大量的技術難題，需要廣大工程技術人員進一步的探討和研究。

［1]公路瀝青路面設計規范(JTG D50-2006)［S］

［2]楊斌.舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構研究［D］.西安:長安大學，2005.

［3]公路水泥混凝土路面設計規范(JTG D40-2006)［S］.

［4]徐柱杰，凌建明，黃琴龍.舊水泥混凝土路面共振碎石化效果研究［J］.中國公路學報，2008.