共振碎石化技術在舊水泥混凝土路面改建施工中的應用研究

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，伴隨著其結構強度的下降，相應的縱、橫向裂縫、斷板、錯臺等路面病害逐步增多，不僅影響了行車安全，還嚴重影響路面行駛的舒適度。“白加黑”復合式路面結構是目前比較常見的舊水泥混凝土路面改造技術，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力的反復作用，改造后出現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行瀝青加罩是比較理想的選擇。根據目前國內外公路改建工程的經驗來看，采用共振碎石化技術，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，同時也增加了道路的耐久性、舒適性。文章結合S128陳海公路大修工程共振碎石化施工情況，對共振碎石化技術在舊水泥混凝土路面改建施工中的應用進行較為深入的分析[1]。

1 共振碎石化技術的原理與特點

1.1 共振破碎原理

共振式破碎設備利用振動梁帶動工作錘頭振動，錘頭與路面接觸。錘頭的振動頻率在44Hz左右，振幅為10～20mm。通過對錘頭振動頻率的調節，以接近水泥板塊的固有頻率，因此錘頭的振動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，使破碎后的結構仍具有較好的承載力，如圖1所示[2]。

1.2 共振碎石化技術的特點

圖1 共振碎石化過程

（1）不會產生反射裂縫問題。在對舊水泥混凝土路面進行碎石化后，水泥板塊破碎成很小的粒料層，成為一個整體上有相當承載力的柔性基層，在這樣的基層上加鋪瀝青混凝土就不會產生反射裂縫問題[3]。（2）施工速度快、效率高。目前單臺共振破碎及的生產率已經可以達到2000m2/班組，根據施工情況適當調整設備數量及班組投入，將極大地縮短施工周期，節省成本。（3）減少了施工擾民。共振碎石化設備的錘頭相對其他破碎設備來說重量較小，故而錘擊過程中發出的聲音和震動也相對小很多，能有效減少施工對當地居民的噪音影響。（4）環保無污染。采用共振碎石化技術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走，既節約了成本，又避免了建筑垃圾處理的環保問題。

2 共振碎石化施工技術在工程實例中的應用

2.1 工程概況

S128陳海公路為一級公路，其中K53+900～K66+827路段建于2000年，為水泥混凝土路面，建成至今未實施過大中修，由于路面病害的逐年增加，實施路面大修改造勢在必行。其中機動車道水泥路面寬度為8.5m×2，老路結構由下至上分別為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 碎石化施工設備的選擇

工程采用2臺CB-900共振破碎機，設備破碎時行進速度為3.2～6.5km/h，破碎頻率控制在40～55Hz，振幅為10～20mm。此款破碎機為基本梁式振動破碎機的改進和提升款，具有更大的發動機功率，更大的配重，同時采用數字信號，配合最新的操作系統，施工效率、精準度更高，符合工程施工工期與質量的要求。

2.3 共振碎石化施工工藝

（1）施工前的準備。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塊、加鋪層等會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先組織路面清理。②標記構造物的位置。碎石化破碎過程中的沖擊波具有一定的影響范圍，對埋設在道路范圍內的構造物具有危害，破碎施工前應結合圖紙對施工范圍內的隱藏構造物（如地下管線、管涵等）進行充分調查并標記現場位置。通常情況下，板塊下存在壓力管道或埋設深度小于0.8m的一般公用管道時不得采用共振碎石化進行施工，該工程施工前經與管線管理部門確認及現場勘查，沿線板塊下均無管線影響，滿足共振破碎條件。③排水系統的設置。進行共振破碎應盡量避免雨天施工，由于路面板塊碎石化后，混凝土顆粒間沒有黏結力，如果有水滲入，將產生嚴重的質量安全隱患。因此在施工前應對道路路面的排水系統進行檢查與評估，對于原排水系統失效的情況，要修復或設置路面邊緣排水系統。排水可采用碎石盲溝形式，設置后應保證排水順暢[4]。

（2）試驗段的試振。路面共振碎石化實施前應先設置試驗段進行試振，長度宜為100～200m，具體選擇時根據道路等級及設計要求取值。此次實施改造的陳海公路為一級公路，試驗段布置在K64+600～K64+800西半幅位置，此路段區域為直線段，縱坡較小，在工程實施范圍內具備代表性。為了進一步確定破碎施工的參數，將試驗段分為兩個分區，并按不同的施工參數分別進行破碎施工，具體的施工參數如表1所示。

表1 試振施工參數

根據方案預先確定的施工參數進行施工，共振破碎設備先以4km/h的速度由K64+600向K64+700開始破碎，目測表面破碎效果，完成后調整施工參數以6km/h的速度由K64+700向K64+800進行破碎。為了保證路面破碎后，符合規定的尺寸及級配，在試驗段中隨機選取2～3個獨立的位置，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。根據該工程設計要求，破碎材料自上而下由小到大，破碎面應在30～60°，破碎粒徑范圍為2.5～15.2cm。該工程兩處試坑內粒徑篩分檢測結果及具體設計標準如表2所示。

表2 粒徑篩分試驗結果

通過對兩個分區的檢測數據比較，各粒徑的顆粒級配檢測數據較接近，并均符合設計要求。因此確定的共振施工參數如下：行車速度4～6km/h，激振力8.89kN，錘頭振動頻率42～44Hz，振幅15～20mm，并以此施工參數為依據控制后續共振碎石化施工。

（3）共振破碎施工。根據試驗段所獲得的最佳共振施工參數對全路段進行破碎施工，施工順序由外側車道邊緣開始向內逐條破碎，每一條錘頭的破碎寬度為0.2m，下一條破碎區域應間隔第一條破碎區域2～4cm，破碎一條車道應控制在15～17條。同時，相鄰兩幅破碎應保證15cm左右的搭接破碎寬度。施工中，要求破碎機駕駛操作員應隨時注意觀察機械的運行工況、錘頭破碎的實際效果，并及時根據現場實際情況適當調整破碎設備參數，以達到良好的破碎效果。

（4）施工后處治與碾壓。①破碎層的清理與保護。進行破碎層碾壓前，應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，并及時進行清理或剪除。如果表面有尺寸較大的碎塊時，應一并予以清除，并用粒料回填。一般來說，破碎層的裸露時間不得多于3d，期間應做好防雨水措施，同時施工車輛不得在破碎層上隨意剎車和調頭。②破碎層的碾壓。碾壓的作用是將破碎層的表面粒料進一步破碎，同時穩固下層粒料，為鋪筑后續面層提供一個較為平整的表面。該工程碾壓采用20t鋼輪壓路機，碾壓前適量灑水，從兩側路肩位置向路中心進行碾壓，碾壓時速度控制為不大于1.83m/s，碾壓次數為3～5次。壓實過程中，注意觀察受壓面，如發現任何有垂直位移超過2cm的區域，均考慮開挖移除，并采用級配碎石回填并壓實。

（5）碎石化表層處置。碎石化后宜對表層進行處治，該工程共振碎石化后噴灑瀝青透層油，并實施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固和防水的雙重效果。

2.4 技術指標檢測及實施效果

通常，對于水泥混凝土路面實施共振碎石化施工后的質量驗收工作，采用外觀檢查和試驗檢測相結合的方法。通過開挖試坑對碎石化效果和粒料性狀進行直觀判定，觀察板塊內是否產生斜向受力和嵌擠結構，通過對粒料的顆粒級配進行分析，判斷共振破碎效果并指導后續施工[5]。另外，對破碎層表面進行頂面回彈模量檢測，從測試結果看，該工程隨機抽取的兩處位置頂面回彈模量分別為266MPa、246MPa，均滿足200～300MPa的設計要求，說明碎石化后破碎層仍具有較高的強度。同時采用3m直尺對表面平整度進行檢測，碎石層碾壓后均滿足設計平整度不超過2.5cm的要求。該工程完工通車半年來，通過日常巡視養護過程中的觀察，瀝青面層無裂縫、沉陷等病害的發生，路面平整度較好，行車體驗舒適，整體工程情況良好。

3 結束語

結合崇明陳海公路大修工程施工，采用共振碎石化施工技術對原路面混凝土板塊進行破碎后作為新建路面的基層，不僅優化了整體路面結構，徹底解決了舊混凝土路面改建中存在的反射裂縫問題，同時具有施工效率高、經濟環保、對交通影響小等優點，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改建項目中推廣應用。