舊水泥路面共振碎石化施工控制技術研究

鄔杰一 陳嘯銘 羅鎵彬

摘要：為了保證舊水泥路面共振碎石化施工達到良好的效果，文章以某路面大中修養護項目為依托，從共振碎石化施工機理出發，研究路面厚度、錘頭類型對共振碎石化施工效果的影響。結果表明：路面厚度＞20 cm時，先預裂后共振的施工技術能保證共振碎石化施工效果；采用倒三角形錘頭施工的效果明顯更好。同時，提出了舊水泥路面共振碎石化施工控制技術，以期為共振碎石化施工提供借鑒。

關鍵詞：舊水泥路面；共振碎石化；錘頭類型；合格率

中圖分類號：U415.6? ?文獻標識碼：A

文章編號：1673-4874（2024）04-0077-03

0 引言

水泥路面在過去一段時間里因造價低、承載力強的優點得到了廣泛應用，成為我國主要的道路路面結構之一。隨著我國經濟飛速發展，交通量及車輛載荷逐漸增加，同時在環境的影響下，很多水泥路面出現了斷板、錯臺、坑洞等病害，嚴重影響了交通安全性和行車舒適性，水泥路面進入了大修階段［1］。舊水泥路面采用挖除重建的方法將產生大量的固廢，嚴重影響生態環境，與我國綠色環保發展的生態理念背道而馳。采用就地共振碎石化施工可以很好地保護環境，同時可以將其用作新建路面的基層，為路面提供良好的承載力。姜獻東［2］從技術、費用、社會效益三個方面對直接加鋪、多錘頭破碎后加鋪、共振碎石后加鋪路面方案進行對比分析，結果表明共振碎石化施工后的加鋪路面各項效益最好；陳喻軍等［3］通過彎沉、模量檢測和級配試驗對路面共振碎石化效果進行評價，結果表明共振碎石化后，上層為均勻性較好的碎石級配，能提供良好的承載能力；李盛等［4］研究不同頻率和行進速度對共振碎石化效果的影響，結果表明在振動頻率為4.8 Hz，行進速度為1.3 km/h的條件下，共振碎石化效果最優。

舊水泥路面共振碎石化施工已得到大范圍的應用［5］，學者從技術、費用、試驗指標等對共振碎石化施工進行研究，但從路面板厚、錘頭類型等因素對舊水泥路面共振碎石化施工效果的研究較少。因此，有必要對不同的路面厚度和錘頭類型等方面進行研究，為工程施工提供參考。

1 工程概況

隨著交通量逐年增加，特別是大型貨車和特大型貨車的數量增長速度過快，修建已久的路面已出現不同程度的損壞，亟須進行養護維修。某省普通國省干線公路服務能力提升工程（養護工程項目）主要對普通國省干線路面破損嚴重的228個路段，共計1 646.157 km進行路面大中修養護。其中，某市路面大中修養護項目主要包括7條國省干線公路，養護里程約45 km，舊水泥混凝土路面共振碎石化里程約39 km，占總養護里程的86.7％，舊水泥路面主要采取共振碎石化施工。

2 共振碎石化施工機理

如今，在綠色低碳發展和重載車輛增速過快的背景下，“白+黑”是國內外常用的路面改造方案，采用共振碎石化對水泥路面進行施工能很好地防止反射裂縫產生。其工作原理為共振設備產生高頻低幅的振動能量作用于錘頭上，通過錘頭將此能量傳遞到水泥路面，使錘頭與水泥路面間產生共振，將舊水泥路面破碎成上部相互嵌擠的碎石層及下部相互嵌擠的粒料層，水泥路面上的裂紋與路面間形成20°～70°夾角，裂縫貫通整個路面層的效果，如圖1所示。

上部碎石層一般是路面表面至整個板厚的1/4處或鋼筋以上，粒徑在0～75 mm，這樣可以很好地消除反射裂縫，同時有利于路面滲水的橫向排除；下部粒料層一般是整個板厚的1/4處至板底或鋼筋以下，粒徑在75～230 mm，這樣既能保留水泥路面良好的強度，使壓實后嵌擠力進一步增強，又能提供較好的承載能力。

3 共振碎石化施工機理

3.1 共振碎石化施工影響因素

3.1.1 路面厚度

養護工程路段中的舊水泥混凝土路面設計厚度均為16 cm，實地調查后發現，部分路面因為原路面病害加重，存在重鋪加高現象。通過鉆芯取樣，發現路面實際厚度≥20 cm。為了進一步明確重鋪加高路段的長度，對養護工程中的39 km水泥路面進行了調查，結果如表1所示。

由表1可知，舊水泥路面中設計厚度路段占比為82.3％，重鋪加高路段占比為17.7％，說明加鋪路段長度達到了7 km左右。為了探究不同水泥路面厚度之間的共振施工化施工效果，分別在正常設計厚度和重鋪加高段選擇30個點進行鉆芯取樣，檢測結果用合格率表示，合格標準為是裂縫貫通板底，裂縫與路面間的夾角為20°～70°，結果如表2所示。

由表2可知，正常設計厚度路段共振碎石化后上層碎石層粒徑為0～60 mm，下層粒料層粒徑為70～210 mm，裂縫與路面的夾角為20°～60°，合格點數為26，合格率為87％；重鋪加高路段合格點數為23點，合格率為77％，兩種不同面板厚度路段間的合格率差值為10％。通過對重鋪加高路段的芯樣進行觀察，發現上部碎石層粒徑在0～75 mm，裂縫延伸到整個板厚的4/5左右，板厚4/5以下部分芯樣完整，裂縫沒有貫穿整個板厚。

通過分析發現共振碎石化施工效果與路面厚度有較大的關系，對于重鋪加高路段，正常施工時，共振碎石化設備產生的激振能量只能延伸到整個板厚的4/5左右處，裂縫未貫通板底。因此，為了提高共振碎石化施工效果，重鋪加高路段先采用破碎機進行預裂處理。分別對重鋪加高路段預裂前后的路面隨機選擇30個點進行檢測，試驗結果如表3所示。

3.1.2 錘頭類型

共振設備的錘頭有倒三角形、半圓弧形等形狀，不同形狀的錘頭在共振碎石化施工中都有較廣泛的應用，為了對比不同錘頭形狀的共振設備的施工效果，分別對5臺共振碎石化設備施工的路段中隨機選擇25個點進行檢測。檢測結果如表4所示。

由表4可知，2臺半圓弧形共振碎石化設備施工路段的上層碎石層粒徑為0～70 mm，下層粒料層粒徑為70～200 mm，裂縫與路面的夾角為20°～60°，每臺設備合格率相差不大，在70％左右，平均合格率為74％；3臺倒三角形共振碎石化設備施工路段的上層碎石層粒徑為0～75 mm，下層粒料層粒徑為80～220 mm，裂縫與路面的夾角為20°～70°，每臺設備合格率相差不大，在80％左右，平均合格率為85％。半圓弧形共振碎石化設備與倒三角形的平均合格率相差11％，因此為了提高水泥路面共振碎石化的施工效果，共振碎石化設備的錘頭選擇倒三角形。

3.1.3 行駛速度

共振碎石化設備的行駛速度是可以根據路況進行調整的。為了探究共振碎石化設備行駛速度對共振碎石化施工效果的影響，將編號1#、2#、3#的3臺共振設備的行駛速度控制在1.2 km/h左右，編號4#、5#的2臺共振設備的行駛速度控制在2.3 km/h左右。分別從5臺設備施工的路段中隨機選取30個點進行檢測，結果如表5所示。

由表5可知，5臺設備在不同的行駛速度下，合格率相差不大，施工路段的上層碎石層粒徑在0～70 mm，下層粒料層粒徑在75～210 mm，裂縫與路面間的夾角為20°～65°。因此，共振碎石化設備的行駛速度對共振碎石化施工效果影響較小，共振碎石化設備的行駛速度保持在1～4 km/h就可以達到理想的共振效果。

3.2 共振碎石化施工控制技術

為了提高共振碎石化施工效果，保證舊水泥路面共振碎石化后能提供良好的承載能力，在原有共振碎石化施工控制技術的基礎上，通過分析路面厚度、錘頭類型對共振碎石化施工效果的影響，提出針對性的共振碎石化施工控制技術，供共振碎石化施工參考。

3.2.1 共振碎石化施工前準備

全面調查需要進行共振碎石化施工的路段，對于局部有瀝青加鋪層路段或瀝青修補塊路段，先清除瀝青加鋪層或瀝青修補塊。通過設計圖紙文件和實地踏勘，標記出需要施工路段中舊水泥路面厚度>20 cm的路段，并在施工前與施工人員進行詳細的技術交底，交底的內容為共振碎石化設備的操作規程、安全文明施工等內容。

3.2.2 舊水泥路面預裂處理

預裂處理只針對舊水泥路面厚度超過20 cm的路面，舊水泥路面厚度<20 cm的可以不考慮此步驟。預裂施工前，對需要預裂的路段與操作機手進一步交底，并強調預裂的重要性。破碎機進行預裂施工時，裂縫的深度應貫通板底，板塊的大小應≤0.4 m2。

3.2.3 共振碎石化施工

共振碎石化設備的錘頭采用倒三角形，錘頭磨損到一定程度后及時更換。共振碎石化施工順序一般為由外側向內側，由低處向高處，從相鄰水泥板間的縱縫開始破碎。每一條錘頭破碎寬度宜為0.2 m，相鄰兩條破碎區域間隔應控制在一個錘頭寬度以內，嚴格控制隔行破碎。使用同一設備對水泥混凝土路面整幅進行全寬、全斷面、全方位、全深度的共振破碎，不得留邊、留死角，不得利用非共振設備進行破碎。

3.2.4 破碎層的清理

人工清除破碎完成原路面中填充縱橫縫的條狀填料和碎石層表面>15 cm的碎石塊。同時，若有鋼筋露出，應將露出的鋼筋截斷至與碎石層表面齊平。

3.2.5 碎石化層的碾壓

在破碎完成的破碎層表面灑水，灑水量以壓路機振動碾壓出漿為宜。采用壓路機按三階段進行碾壓，初壓采用靜壓1遍，復壓采用振動碾壓2～3遍，終壓采用靜壓1～2遍，碾壓速度控制在3 km/h左右。相鄰兩條碾壓帶的重疊寬度為100～200 mm。

4 結語

本文從共振碎石化施工機理著手，分析路面厚度、錘頭類型、碾壓速度等因素對共振碎石化施工效果的影響，得到了以下結論：

（1）路面厚度對共振碎石化施工效果有明顯的影響，當路面厚度>20 cm時，先采用預裂處理，再共振碎石化施工，能提高共振碎石化施工效果。

（2）共振碎石化設備使用的錘頭不同，共振碎石化效果也有一定差異，采用倒三角形錘頭的效果要優于半圓弧形錘頭。

（3）針對板厚的舊水泥路面，提出了一套共振碎石化施工控制技術，供工程施工中參考。

參考文獻

［1］楊峻峰.舊水泥混凝土路面共振碎石化施工技術研究［J］.工程技術研究，2022，7（19）：19-21.

［2］姜獻東.舊水泥路面共振碎石化技術的應用［J］.筑路機械與施工機械化，2017，34（8）：98-101.

［3］陳喻軍，季 杰，黃亞琴.舊水泥路面共振碎石化應用研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2016，12（10）：116-118.

［4］李 盛，馬永波，劉朝暉，等.共振碎石化控制參數和結構模量研究［J］.內蒙古公路與運輸，2019（1）：1-4.

［5］史仍超，支喜蘭，張叔林，等.舊水泥混凝土路面共振碎石化施工參數研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2015，11（12）：88-90.

作者簡介：鄔杰一（1991—），工程師，主要從事公路養護施工及技術管理工作。