共振碎石化技術(shù)在舊水泥混凝土改造中的應(yīng)用探究

摘要 文章以省道S308美洋線儋州互通至洋浦段改建工程為例，針對(duì)舊水泥混凝土路面維修改造中共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用，從舊水泥混凝土改造共振碎石化的技術(shù)原理、優(yōu)勢(shì)以及施工要點(diǎn)等方面展開(kāi)探討，并通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目施工過(guò)程的試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，評(píng)價(jià)分析了共振碎石化技術(shù)的施工質(zhì)量及運(yùn)用成效，希望能為今后同類工程中應(yīng)用共振碎石化技術(shù)提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 共振碎石化；水泥混凝土路面；篩分試驗(yàn)；回彈模量

中圖分類號(hào) U416.216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0136-03

0 引言

隨著海南自由貿(mào)易港的建設(shè)，省高速、國(guó)道、鄉(xiāng)道等道路隨著使用年限的增長(zhǎng)，行車荷載的增多，以及超載問(wèn)題的影響，多數(shù)路面均出現(xiàn)各種各樣的病害，已不能滿足當(dāng)前的使用要求。而水泥混凝土路面作為海南省早期主要路面形式，對(duì)水泥混凝土路面如何進(jìn)行改造已迫在眉睫。該文通過(guò)列舉具體工程實(shí)例，根據(jù)施工項(xiàng)目上共振碎石化技術(shù)的使用情況展開(kāi)分析，從而達(dá)到推薦指導(dǎo)是否在其他地區(qū)進(jìn)行水泥混凝土路面改造時(shí)，使用共振碎石化技術(shù)進(jìn)行施工的目的。

1 工程概況

省道S308美洋線儋州互通至洋浦段改建工程項(xiàng)目路線全長(zhǎng)25.303 km。項(xiàng)目采用水泥混凝土路面，現(xiàn)如今隨著道路使用年限增加，路面呈現(xiàn)各種工程病害，影響美觀及行車安全，已無(wú)法滿足使用需求。該次改建施工擬采用“白改黑”方案進(jìn)行維修改建。新路面按一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，全線采用瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)。為支持海南自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)，提升海南國(guó)際旅游對(duì)外形象，創(chuàng)建海南省全國(guó)生態(tài)文明示范區(qū)，響應(yīng)當(dāng)?shù)卣h(huán)保號(hào)召，擬對(duì)評(píng)價(jià)為次和差的路段，路段長(zhǎng)度（單向里程）19.15 km采用碎石化處理，路段處理面積約為201 087.9 m2。

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，經(jīng)由錘頭的調(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[1]。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[2]。

2.2 共振碎石化優(yōu)勢(shì)

（1）共振碎石工藝優(yōu)化了路面結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還能使剛性面層變?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(wèn)題，解決了舊路面改造的技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)還可與瀝青面層流水施工，有助于節(jié)約工期[3]。

（2）舊水泥混凝土經(jīng)過(guò)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(wèn)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(jiàn)圖1。

3.1 施工前準(zhǔn)備工作

（1）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。

（2）對(duì)舊路面進(jìn)行清理以及構(gòu)造物進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

（3）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通行與施工無(wú)關(guān)的車輛，并安排施工員進(jìn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)管控。

（4）做好揚(yáng)塵控制，適當(dāng)在施工前、施工中和施工后適量灑水降塵。

3.2 施工控制參數(shù)的確定

（1）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)[4]。

（2）通過(guò)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共振碎石機(jī)整體工作頻率可達(dá)到0～60 Hz，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10～20 mm，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，詳見(jiàn)表1。

（3）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

（1）施工順序由外側(cè)車道邊緣開(kāi)始向內(nèi)進(jìn)行破碎。

（2）每一錘頭破碎寬度約0.2 m，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。

（3）在共振碎石化工藝處理過(guò)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)。

（4）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)。

（5）施工時(shí)遇雨，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5 cm的碎塊予以清除，并采用連續(xù)型級(jí)配碎石回填。豎向大約5 cm的凹地，也應(yīng)采用連續(xù)型級(jí)配碎石回填。詳見(jiàn)表2。

3.3.3 碎石化層的保護(hù)

（1）共振碎石后應(yīng)按要求設(shè)置排水設(shè)施。

（2）碎石后應(yīng)及時(shí)碾壓，防止雨水浸泡。

（3）破碎后的碎石化層可以適當(dāng)開(kāi)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[5]，以促進(jìn)石粉與骨料之間的嵌鎖能力。碾壓速度不宜超過(guò)5 km/h，碾壓過(guò)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[6]。

4 施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果

共振碎石化施工完工后，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，摘取試驗(yàn)段K49+865～K50+998右幅開(kāi)挖檢測(cè)、顆粒篩分和回彈模量檢測(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)

經(jīng)過(guò)開(kāi)挖試坑取樣，各在試驗(yàn)段K49+865～K50+998右幅行車道與超車道各取一處。干燥試樣總量分別為3 917 g與3 557.9 g，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)，取樣篩分結(jié)果經(jīng)水洗法篩分稱重后進(jìn)行計(jì)算得到以下通過(guò)率，繪制級(jí)配曲線。結(jié)果顯示該曲線均未超出級(jí)配范圍的上限（下限），由此可得該破碎粒徑滿足設(shè)計(jì)破碎粒徑要求。行車道0.075 mm篩下量為234.8 g，計(jì)算可得0.075 mm的通過(guò)率為6%。超車道0.075 mm的篩下量為213.4 g，計(jì)算可得0.075 mm的通過(guò)率為6%。將兩個(gè)車道的0.075 mm的通過(guò)率進(jìn)行平均可得平均數(shù)為6%，符合設(shè)計(jì)文件要求的碎石化層小于0.075 mm含量均不大于7%的要求。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

檢測(cè)結(jié)論：經(jīng)檢測(cè)，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)果如下表所示：各點(diǎn)測(cè)試結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)文件要求的碎石化層回彈模量大于250 MPa，宜小于550 MPa，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，該文結(jié)合S308美洋線舊水泥混凝土改造中應(yīng)用共振碎石化技術(shù)的工程實(shí)例，從共振碎石化技術(shù)的原理、優(yōu)勢(shì)、施工流程和施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果等方面進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)上述實(shí)例的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能保障該項(xiàng)目的建設(shè)質(zhì)量和進(jìn)度要求，對(duì)同類工程項(xiàng)目使用共振碎石化技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義。

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