共振碎石化技術(shù)在舊路面改造中的應(yīng)用

摘要：以某年久失修公路為例，對(duì)其采用共振碎石化技術(shù)進(jìn)行改造施工，對(duì)其技術(shù)原理和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)，并從施工前的準(zhǔn)備工作、施工控制參數(shù)確定、共振碎石施工要點(diǎn)等方面對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，對(duì)施工效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：共振碎石化技術(shù)在舊路面施工中的應(yīng)用，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施，竣工質(zhì)量驗(yàn)收合格，可為類似項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：舊水泥混凝土路面；共振碎石化；施工；檢測(cè)

1 " 工程概況

某公路工程修建于2005年，設(shè)計(jì)速度為80km/h，路面寬度為16m，路基寬度為18m，水泥穩(wěn)定碎石基層厚度為30cm，水泥路面板的尺寸為4m×2.5m。目前該公路已經(jīng)累計(jì)投入使用了17年，待改造施工路線長(zhǎng)度為6.97km。考慮到路面改造工程的交通量較大，因此在施工之前，需要對(duì)歷史交通量進(jìn)行調(diào)查，其中近8年中8月份的歷史交通量調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

根據(jù)表1的結(jié)果可知，該公路交通量較大，而且車輛數(shù)量不斷增加，特別是大型車和特大型車的增加量也明顯。為確保道路行車的安全性，急需對(duì)路面出現(xiàn)的病害進(jìn)行處治。經(jīng)多方研究，決定采用共振碎石化技術(shù)對(duì)舊水泥混凝土路面進(jìn)行改造處理。

2 " 共振碎石化的技術(shù)原理及優(yōu)勢(shì)

2.1 " 技術(shù)原理

共振破碎機(jī)是依據(jù)共振理論，使高頻低幅的能量連續(xù)產(chǎn)生，由錘頭調(diào)節(jié)改變其振動(dòng)頻率，使其接近舊水泥混凝土面板的固有頻率，激發(fā)其產(chǎn)生共振效應(yīng)，在水泥混凝土路面層內(nèi)產(chǎn)生均勻的裂紋，從而達(dá)到破碎功效。

水泥混凝土路面在其共振破裂進(jìn)程時(shí)，路面在其共振破碎機(jī)錘頭作用下產(chǎn)生共振的同時(shí)會(huì)急速向前移動(dòng)，共振破碎機(jī)沖擊的合力會(huì)均勻地破碎舊水泥混凝土路面，使路面破碎成為均勻粒徑。粒徑與粒徑的棱角相互形成嵌鎖，大大提高破碎后路面的承載力。某共振碎石機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2.2 " 共振碎石化優(yōu)勢(shì)

共振碎石工藝優(yōu)化了路面結(jié)構(gòu)，能使剛性面層變?yōu)榘雱傂缘幕鶎樱苡行е卫砼f水泥混凝土上加鋪瀝青混凝土結(jié)構(gòu)中的反射裂縫問題，解決舊路面改造的技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)還可與瀝青面層形成流水施工，有助于節(jié)約工期。

舊水泥混凝土經(jīng)過共振碎石后使用，有效治理反射裂縫的同時(shí)也節(jié)約了大量的基層材料，從而降低了工程造價(jià)和日后的維修成本。由于共振成碎石后直接使用，不需要占用大量的場(chǎng)地來(lái)堆放舊混凝土板，有效解決了工程垃圾的處理問題，有利于減輕白色污染，響應(yīng)國(guó)家提倡的環(huán)保號(hào)召。

3 " 共振碎石化施工流程

共振碎石化施工流程詳見圖1。

3.1 " 施工前準(zhǔn)備工作

施工前應(yīng)對(duì)改造路段情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，包括附件建筑物情況、地下附屬設(shè)施情況、道路沿線的井蓋、涵洞等情況，以便合理制定施工方案，使后期的施工能順利進(jìn)行。對(duì)舊路面進(jìn)行清理以及構(gòu)造物進(jìn)行標(biāo)識(shí)，并制定合理的交通管控方案。

在施工區(qū)進(jìn)行封道，在施工區(qū)的起點(diǎn)及終點(diǎn)設(shè)置水馬及警戒線，禁止與施工無(wú)關(guān)的車輛同行，并安排施工員進(jìn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)管控。做好揚(yáng)塵控制，在施工前、施工中和施工后適量灑水降塵。施工前所準(zhǔn)備的主要材料如表3所示，主要機(jī)械設(shè)備如表4所示。共振碎石化施工豎直向安全距離和水平向安全距離分別如表5和表6所示。

3.2 " 施工控制參數(shù)的確定

為保證破碎效果，該項(xiàng)目選擇選K43+900～K44+000段右幅典型路段作為試振區(qū)，以取得共振破碎機(jī)的振動(dòng)頻率、振幅、橫向錘間距等工業(yè)參數(shù)。通過試振區(qū)的破碎效果，確定共振碎石化施工的各項(xiàng)工藝施工。

選用RPB-GP60型水泥路面共振破碎機(jī)進(jìn)行施工，該機(jī)型是水泥路面改造工程的主力機(jī)型和碎石化技術(shù)比較成功的示范機(jī)型。RPB-GP60型共振碎石機(jī)整體工作頻率可達(dá)到0～60Hz，可隨水泥板塊厚度調(diào)節(jié)破碎厚度，錘頭振動(dòng)頻率可調(diào)節(jié)，振幅約10～20mm，并滿足上小下大、碎塊相互嵌鎖等要求，施工效率高，振動(dòng)沖擊小。

在試振區(qū)的橫向接縫或工作縫設(shè)置1～3個(gè)檢查坑，觀察碎石化后的顆粒是否在規(guī)定的粒徑范圍內(nèi)。若碎石化粒徑不滿足要求，則根據(jù)碎石化效果調(diào)整施工參數(shù)，并重新選擇試振區(qū)進(jìn)行試振，直至碎石化施工效果滿足設(shè)計(jì)要求，確定施工控制參數(shù)。

3.3 " 共振碎石施工

3.3.1 " 破碎施工

施工順序由外側(cè)車道邊緣開始向內(nèi)進(jìn)行破碎。每一錘頭破碎寬度約0.2m，在破碎一遍后，緊接著破碎第二遍時(shí)，第二遍破碎區(qū)域間隔應(yīng)控制在半個(gè)錘頭寬度以內(nèi)，嚴(yán)格控制隔行破碎現(xiàn)象，避免漏振。在共振碎石化工藝處理過程中，可針對(duì)水泥混凝土路面的強(qiáng)度差異進(jìn)行差別化的施工參數(shù)，并記錄下來(lái)。共振碎石應(yīng)采用同一機(jī)械對(duì)混凝土路面全幅進(jìn)行全寬度、全方位、全截面、全深度的共振粉碎，且不得留邊和死角。不得依靠非共振設(shè)備的輔助破碎，以保證不產(chǎn)生因?yàn)槭┕し椒ú煌鴮?dǎo)致的施工縫，有效防止日后反射裂紋的出現(xiàn)。施工時(shí)遇雨，則應(yīng)停止施工。

3.3.2 " 碎石化層的清理

對(duì)碎石化層上舊水泥混凝土面層接縫、裂縫之間的條狀填料進(jìn)行人工清除。對(duì)碎石化表層尺寸大于5cm的碎塊予以清除，并采用連續(xù)型級(jí)配碎石回填。對(duì)于豎向深度約5cm的凹地，也應(yīng)采用連續(xù)型級(jí)配碎石回填。

3.3.3 " 碎石化層的保護(hù)

共振碎石后應(yīng)按要求設(shè)置排水設(shè)施。及時(shí)進(jìn)行碾壓，防止雨水浸泡。破碎后的碎石化層可以適當(dāng)開放交通，讓自然交通行車的膠輪對(duì)碎石進(jìn)行交錯(cuò)揉碾，加速表層碎石的嵌鎖，提高早期強(qiáng)度，防止瀝青面層疲勞損傷。

3.4 " 碎石化層壓實(shí)

待碎石化層局部差異沉降穩(wěn)定后，進(jìn)行碾壓施工。第一次和最后一次壓實(shí)前都需進(jìn)行灑水浸潤(rùn)。初壓采用振動(dòng)壓路機(jī)（關(guān)閉振動(dòng)模式）進(jìn)行靜壓1遍。復(fù)壓采用振動(dòng)壓路機(jī)振壓3遍。終壓采用振動(dòng)壓路機(jī)（關(guān)閉振動(dòng)模式）進(jìn)行靜壓2遍。為提高碾壓效果，宜在初壓和終壓前灑水，以增強(qiáng)石粉與骨料之間的嵌鎖能力。碾壓速度不宜超過5km/h，碾壓過程嚴(yán)禁使用強(qiáng)振。

3.5 " 灑布透層

在加鋪層與碎石化層之間灑布透層改性乳化瀝青。灑布透層油前，要將路面上的一切雜物清理干凈。

4 " 施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

共振碎石化施工完工后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，取試驗(yàn)段右幅開挖，進(jìn)行顆粒篩分試驗(yàn)和回彈模量檢測(cè)。對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以便對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4.1 " 顆粒篩分試驗(yàn)

開挖試坑取樣，分別在試驗(yàn)段右幅行車道與超車道各取一處。干燥試樣總量分別為3917g與3557.9g，分別在溫度23℃、相對(duì)濕度65%的環(huán)境下進(jìn)行水洗干燥后篩分試驗(yàn)。經(jīng)水洗法篩分稱重后進(jìn)行計(jì)算，得到通過率，繪制出級(jí)配曲線。結(jié)果顯示該曲線均未超出級(jí)配范圍的上下限，由此可知，該破碎粒徑滿足設(shè)計(jì)破碎粒徑要求。行車道0.075mm篩下量為234.8g，計(jì)算可得0.075mm的通過率為6%。超車道0.075mm的篩下量為213.4g，計(jì)算可得0.075mm的通過率為6%。將兩個(gè)車道的0.075mm的通過率進(jìn)行平均，可得平均數(shù)為6%，滿足設(shè)計(jì)要求的不大于7%的要求。由此說(shuō)明，該樣品所檢項(xiàng)目符合設(shè)計(jì)文件中相關(guān)技術(shù)要求。

4.2 " 共振碎石化回彈模量試驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告

該樁號(hào)共振碎石化完成后，采用現(xiàn)場(chǎng)土基回彈測(cè)定儀（WJ-3）、貝克曼梁彎沉儀（WJ-0.1）百分表（WJ-2）等主要的試驗(yàn)儀器設(shè)備，對(duì)該樁號(hào)的行車道、超車道選取具有代表性區(qū)域進(jìn)行回彈模量測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示均合格。

5 " 效益分析

5.1 " 經(jīng)濟(jì)效益

該水泥混凝土路面經(jīng)共振碎石化處理后，路面的承載力可以得到明顯提高，可提高路面承載能力5%～10%，能夠延長(zhǎng)路面使用壽命2～3年，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 " 社會(huì)效益

舊水泥混凝土路面經(jīng)共振碎石化處理后，可以減少車轍、坑槽、沉陷等病害的產(chǎn)生，并可以節(jié)約養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)道路使用壽命，具有較好的社會(huì)效益。

5.3 " 環(huán)境效益

經(jīng)破碎后的碎石回填后，可減少對(duì)地表植被的破壞，具有較好的環(huán)境效益。

5.4 " 社會(huì)效益

經(jīng)破碎后的碎石回填后，可有效改善原路面排水系統(tǒng)和提高原路表溫度，減少因基層破損而產(chǎn)生的反射裂縫對(duì)瀝青層造成的破壞，具有較好的社會(huì)效益。

6 " 結(jié)束語(yǔ)

本文以某年久失修公路為例，對(duì)其采用共振碎石化技術(shù)進(jìn)行改造施工，并提出了施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法，并對(duì)施工效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。研究結(jié)果表明，舊水泥混凝土路面共振碎石化施工技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了該項(xiàng)目的質(zhì)量，延長(zhǎng)了公路的使用年限，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

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