共振碎石化在水泥混凝土路面改造中的應用

劉增暉

(同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引言

從20世紀80年代至今，我國道路建設有了飛躍式發展，其中大量為水泥混凝土路面。隨著道路使用年限的增長，早期修建的水泥混凝土路面不同程度的出現了破碎、斷板、錯臺、開裂、脫空等破壞及病害。同時隨著近年來瀝青混凝土路面技術的發展成熟，以及其相對水泥路面在行駛舒適性、力學性能及噪聲等方面的優勢，使“白改黑”逐漸成為道路改造的趨勢。

常用的水泥混凝土路面加鋪瀝青層設計方法主要有設置應力/應變吸收夾層、設置裂縫松弛/延緩層、瀝青層鋸切橫縫及共振碎石化等方法，各種方法主要針對問題均為反射裂縫的防治。經實踐證明，共振碎石化方法在防治反射裂縫方面效果較好。下面結合晉江市世紀大道改造工程中共振碎石化技術來進一步探討，并著重對設計及施工過程中的技術難點進行闡述。

1 工程概況

晉江市世紀大道改造工程，項目位于福建省晉江市，道路南起晉光路，北止于晉江人路口，道路總長度約為9.6km，其中1.3km(迎賓路—湖光西路)道路紅線寬度為60 m，其余路段為70 m，道路等級為城市主干道。本工程晉光路—長興路、雙龍路—晉江人路段中心線位維持現狀，這兩段采用對現狀水泥混凝土板進行共振碎石化后加鋪柔性基層瀝青混凝土路面結構;長興路—雙龍路路段因新建新華街下穿通道，需進行大開挖施工，僅對少量現狀水泥路面進行共振碎石化利用，其余均挖除現狀路面后新建基層瀝青混凝土路面結構。

2 共振碎石化技術原理

共振碎石化技術是利用共振碎石化機械產生高頻低幅的振動能量，通過破碎錘頭傳遞到水泥板塊里，將水泥混凝土板塊震裂并將表面的“裂紋”均勻的擴展至板塊底部，該作用不會破壞基層結構。共振破碎后水泥板塊產生的裂紋是斜向的，與路面成35°～40°角，這種獨特的斜向嵌緊結構，可以有效保持水泥板的承載力，同時可以有效避免產生反射裂縫和車轍現象。共振碎石化后水泥混凝土顆粒的粒徑一般不大于40cm，并且顆粒最大尺寸的分布情況基本為表面不超過7.5cm，中間不超過22.5cm，底部不超過37.5cm。共振碎石化技術應用廣泛，即使水泥混凝土板塊完整性和結構性較差也可適用。共振破碎后原水泥混凝土板塊成為“高強粒料基層”，然后在上面加鋪瀝青面層補強。

3 共振碎石化施工要點

1)試破碎。

在正式施工前應先確定共振機的技術參數，選取實驗路段進行試破碎，之后開挖樣洞，檢查水泥板破碎后的粒徑能否滿足要求。如滿足要求，則確定共振機的頻率、配重、振幅、前進速度等參數作為施工控制參數。

2)破碎層整平碾壓。

共振破碎后，根據道路設計標高及加鋪層的設計方案進行整平、碾壓。局部不平整的范圍采用級配碎石進行填補找平。

碎石化層碾壓按初壓、復壓、終壓三個階段進行，分別采用鋼輪振動壓路機、輪胎壓路機、鋼輪振動壓路機。直線和不設超高的平曲線段，由兩側路肩開始向路中心碾壓;設超高的平曲線段，由內側路肩向外側路肩進行碾壓。

4 共振碎石化在設計和施工階段中的技術要點

1)道路加寬處路面結構設計。

舊路改造工程除了“白改黑”以外往往還伴隨著道路拓寬改造，本工程即為此類。此類工程除解決舊路反射裂縫問題外，還需解決新建部分與共振破碎部分可能存在的不均勻沉降問題。對于水泥破碎基層與新建路面交界處的處理，為做好兩者銜接，路基可采用挖除現狀水泥混凝土路面寬度1 m，并在新舊基層間跨縫鋪設寬度為2 m的聚酯玻纖布，在瀝青面層間跨縫鋪設2 m寬玻纖格柵的措施;對于兩側共振碎石化中間新建(原側分帶位置)的情況，為保證道路路面結構之間的連續性，減少結構性沉降，本工程在原側分帶位置采用與原水泥混凝土路面相同的結構層，待達到設計強度后，再與兩側原水泥混凝土路面一起進行破碎處理。

2)道路縱坡及橫坡找平。

由于老路存在部分沉降、隆起，路面破碎后與設計標高之間高差不一，道路縱坡、橫坡度與設計存在差異，此類情況如進行等厚加鋪則無法滿足技術指標要求。由于本工程采用柔性基層路面結構，針對不同的高差采用下述襯墊方式進行相應處理:H≤25cm，舊路面碎石化后采用連續型碎石找平;25cm＜H≤40cm，舊路面碎石化后采用密級配瀝青混凝土襯墊;H＞40cm，高差較大，舊路面可不進行碎石化，直接加鋪級配碎石襯墊。

3)現狀涵洞位置的處理。

對于已探明蓋板涵等設施，在共振化過程中應注意避讓，在距離涵洞1 m范圍內不進行共振處理，防止破壞其結構，未共振區域采用銑刨處理，銑刨厚度為1cm，在攤鋪瀝青前噴灑粘層瀝青，并在基層之間和面層之間跨縫設置2 m寬玻纖格柵，減少不均勻沉降。

4)施工過程中遇到的問題及病害處理。

a.軟弱基層路段處理。施工過程中需對共振碎石化后的基層進行彎沉檢測以控制質量。部分路段可能會存在彎沉值較大的情況，此類情況可能包含兩種原因:一是確為軟弱基層，需進行補強處理;二是由于舊混凝土板共振破碎后的粒徑較大，雖經過碾壓處理，仍可能因貝克曼梁放置的位置不合適而產生一定幾率的檢測誤差。針對這種情況，可先不進行補強處理，待加鋪底層瀝青混凝土后再進行復測，彎沉值仍超過設計要求的路段可采用壓力注漿方式進行基層加固，這樣可以有效避免因測量誤差造成不必要的浪費。

b.彈簧路段的處理。對于部分共振碾壓存在彈簧現象的路段，應查明現狀彈簧土路面具體原因，對于原土基回填料較差原因造成的彈簧現象，應采用挖除原填充料，重新填筑路基。

c.現狀井位脫空的處理。對于現狀管線井，可能存在程度不一的脫空現象，可采用挖除現狀井周圍路面結構層，并新建水泥混凝土結構層的方式進行加固處理。

5 共振碎石化應用效果評價

晉江市世紀大道改造工程已順利驗收，竣工驗收評定為優良級。根據最終驗收路面結構彎沉等技術參數的檢測結果，道路改造各項指標均滿足設計及規范要求。該工程自2013年竣工通車以來至今尚未發現任何反射裂縫和車轍等相關病害，道路使用性能良好。從共振碎石化技術在該工程中的應用效果來看，其工作程序簡便、施工效率高、施工周期較短，施工過程中產生的揚塵、噪聲等環境污染較小，施工期交通組織便利，對交通產生的影響較小，原水泥混凝土面層合理利用，無需作為垃圾進行外運處理，有效杜絕“白色污染”，同時節約建設材料，社會效益及經濟效益較高。

6 結語

目前國內共振碎石化技術應用并不是特別廣泛，施工機械和隊伍極少，通過其在晉江市世紀大道改造工程及近年來國內外類似工程中的實際應用，證明共振碎石化技術在“白改黑”項目中確實具有較大優勢和眾多優點，改造效果顯著。相信在不久的將來，該項技術在道路改造工程中的應用會越來越廣泛，相關技術研究會越來越深入，逐步推動中國水泥混凝土路面改造的發展。

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