[12-11 17:01:08] 来源：http://www.tmgc8.com 公路工程 阅读：3402次
摘要：
随着水泥混凝土路面通车里程数的逐年增加和交通流量的不断上升，传统的水泥混凝土路面改造方法已很难从根本上解决水泥混凝土路面反射裂缝问题。文章着重介绍了共振碎石化技术的原理、特征、工艺流程、主要技术要求等，并结合工程实例阐述共振碎石化技术在水泥混凝土路面改造中的应用及优势。
关键词：共振碎石化；水泥混凝土路面；技术应用
1 引言
自20世纪90年代以来，我国水泥混凝土路面发展极为迅速。随着水泥混凝土路面建设数量的逐年增加和使用年限的不断延长，需要维修和改造的旧水泥混凝土路面也越来越多。在各种翻修旧水泥混凝土路面方案中，采用不同厚度沥青混凝土进行罩面铺装是比较通行的一种修复方式，但这种修复方式很难彻底消除原有路面上的接缝和裂纹。在日益加重的交通荷载作用下，这些原有的接缝和裂纹会最终反射到新铺路面上，形成反射裂缝，并且发展很快，引起新的破坏，使路面服务期大大缩短。共振碎石化技术的产生，消除了热沥青混合料罩面后固有的反射裂纹、层面分离与脱落、潮气造成的损坏、颠簸、错层、水泥碱化反应和其他变质反应，是旧水泥混凝土路面改造过程中防止反射裂缝的有效措施。
2 传统旧水泥混凝土路面改造技术
2.1常规修复方法
一直以来，上海对旧水泥混凝土路面的改造主要采取“白加黑”、“白改黑”的方式，即对旧水泥混凝土路面面层做一些拉毛处理后直接加铺一层新的沥青混凝土。然而由于旧水泥面板或多或少存有断板、错板、接缝、裂缝、坑洞、脱边、板底空洞等病害，改造后的面层在车辆荷载的连续不断冲击下，板的传荷能力不良导致旧面板病害处的承载力突然下降，造成应力集中而反射到上面层，形成荷载型反射裂缝。同时由于沥青混凝土和水泥混凝土两种材料热胀冷缩性质不同，当温度变化时，两层材料胀缩效应出现差异，温度应力在下层裂缝处不连续而产生应力集中，形成温度胀缩型反射裂缝。最初的反射裂缝或许对行车性能影响不大，但是反射裂缝的存在使杂物进入可以加剧裂缝本身的恶化，而雨水、污水的渗入可以导致土基软化，从而使路面结构的表面性能恶化，乃至整体结构遭到破坏。
2.2早期处理措施
反射裂缝问题一直是影响加铺层使用寿命与使用性能的最根本原因。为了防止水泥混凝土路面反射裂缝的产生，通常会在两层之间设置夹层，将土工格栅、土工织物等特殊材料铺置于新旧层之间，以吸收部分应力，增强新加铺面层的强度并在新加铺层上设置胀缩缝，以释放下层反射应力集中，避免产生裂缝。但这些方法都难以从根本上解决问题。
3 共振碎石化技术
3.1碎石化技术简介
共振碎石化是一种路面破碎加覆盖技术，就是将原有的水泥混凝土路面破碎成小颗粒碾压后直接作为基层或底基层，再在其表面直接加铺沥青混凝土面层的工艺。
碎石化不仅是一种破碎路面的工艺，更是一种混凝土路面修复方法。它由共振梁破碎混凝土路面、正确设计和安装路边缘和地下排水系统、正确设计沥青罩面三个主要部分组成。
3.2共振破碎设备
共振破碎机械选用美国共振机器公司（resonant machine incorporation，rmi)生产的rb500系列共振破碎机。其主要技术参数为：发动机功率350－600hp，振动梁宽度为457－660mm，破碎锤头152.4－304.8mm，振动频率35－53hz，振幅约20mm，振动梁配重5443－9070kg，总重量27216－31753kg，最大破碎深度660mm。
该设备独特的共振技术可以持续产生高频低幅的振动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块里。在特制振动梁偏心轴驱动下，产生振动谐波，支点与配重点振幅为零，破碎头以高频低幅进行小能量的破碎，使路面层内造成均匀裂纹，并随着振动迅速有规律地扩展而得到破碎，而不是被强力击碎或碾碎。
3.3共振破碎原理
共振破碎设备利用振动梁带动工作锤头振动，锤头与路面接触。通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，即可将水泥混凝土面板击碎。工作锤头上装有专用传感器，感应路面的振动反馈。由电脑自动调节振动频率，搜寻被击物的自有频率，并引起水泥面板在锤头下局部范围内产生共振，使混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃。www.tmgc8.com
3.4碎石化技术特点
共振破碎技术产生的高频低幅振动能量，使旧水泥混凝土路面的结构完整性彻底破坏。由于共振破碎设备动量高，和板块接触时间短，将水泥板块表面的裂纹瞬间均匀地扩展到板块底部，作用于水泥板块内部的高频振动力使其碎裂均匀，碎块大小和方向极其规律，水泥板块产生斜向裂纹，与路面形成30°－60°夹角。破碎的水泥块之间相互啮合，成锯齿状，为沥青加铺层提供稳固的施工平台，有效避免了裂纹纹路与路面垂直，达到承重和防水的效果。
破碎后的水泥板块表层粒径较小，较松散；下层粒径较大，嵌锁良好。这样表层小的颗粒有利于消除反射裂缝和路面渗水的横向排出；下部较大的颗粒可以提高路基的承载能力和阻止渗水向下渗透。粒料经压实后相互啮合得更紧，形成稳定的基层。
由于破碎深度可以控制，高频低幅共振产生的裂纹在穿透路面时就消散了，不会破坏原路基层的强度和均匀性，对地下设施也不会产生影响，并能使钢筋很容易与混凝土颗粒有效分离，杜绝了钢筋与其联带的水泥碎块对新面层产生反射的影响。
3.5施工流程
旧水泥混凝土路面共振破碎改造工艺的一般流程为：首先要正确设计和安装路面排水系统；再用共振破碎设备将旧路面破碎；采用10t左右的压路机对共振破碎后的路面碾压；按设计要求摊铺新的沥青混凝土路面。共振碎石化路面施工流程详见下图。
3.6主要技术要求
进行共振破碎施工时其主要技术要求有：①破碎施工前布设道路边缘排水系统；②移除旧路上可能有的沥青补块；③先选择150m×3.6m的区域作为试振区，然后选定1.2m2的范围进行开挖作为检测坑；④共振破碎后粒径大部分在15.2cm以内，破碎粒径大于20.3cm的含量不超过2%，粒径集中在1.5－7.6cm，破碎层粉尘含量（小于0.075mm）不大于7%；⑤碎石化层0－10cm以内，级配控制在级配碎（砾）范围以内；0－18cm以内，级配接近级配碎（砾）石；⑥碎石化后应用钢轮振动压路机来回碾压2－4遍，碾压速度≤1.8m/s；⑦破碎及碾压过程中一旦路段被判定为地基软弱路段，通常要从碎石化层到垫层全部挖除，然后用碎石材料回填并压实；⑧碎石化层碾压后，不允许有钢筋外露，不允许有沥青接缝料、补块等存在；⑨摊铺前，碎石化层顶面不允许通行交通，不允许碎石化表面出现凹陷深度超过2cm。
4 工程应用及评价
4.1工程概况
2008年9月，沪青平公路黑色路面加罩大修工程四标（k50+850－k53+930）路段应用了共振碎石化技术。沪青平公路为一级公路，双向四车道，道路设计车速100km/h。该路段为水泥混凝土路面，板厚22cm。老路水泥混凝土板破坏严重，已出现了大量纵、横向裂缝、沉陷和接缝填料损坏等病害。
该路段断面布置为：1.0m土路肩+2.5m非机动车道+0.25m机非分隔带+8.25m机动车道+1.5m中央分隔带+8.25m机动车车道+0.25m机非分隔带+2.5m非机动车+1.0m土路肩。路幅总宽度25.5m。
此次大修工程内容中包含了在白改黑路段（k50+850－k53+930）的原有机动车车道水泥混凝土路面采用共振碎石化作为基层，加铺沥青混凝土面层进行补强，增设路面排水系统；路段范围内的非机动车道全线加罩4cm黑色沥青面层等项目。
4.2施工过程
k50+850－k53+930段北侧与东方绿洲旅游景点为邻，为保证施工期间社会交通正常通行及不影响进出旅游景点的车辆通行，施工时实施了半幅机动车道封闭施工，另半幅机动车道开放双向交通的施工交通组织方案，采取了半幅全标段整体半幅翻交，交替实施另半幅的施工方式。在大面积共振破碎前，先进行了试振并根据破碎效果确定破碎机械的基本破碎参数为：激振力8.89kn左右，破碎应力52mpa左右，振幅1－2mm，振动频率42－45hz。
根据工程条件，路面排水盲沟布设在机非分隔带内。开工前，首先封闭上行非机动车道与上行北侧机动车道，将下行机动车道作一来一去双向机动车道。在封闭区域内开展排水设施、侧平石路缘石施工，待非机动车道内施工结束路面恢复，非机动车道恢复原位走向，再对上行机动车道整体实施破碎、碾压。破碎速度控制在每天每车道2公里左右，不超过每天每车道2.7公里。破碎后用10t钢轮振动压路机来回碾压3遍，碾压速度控制在1.5 m/s，并于碾压完48小时内摊铺sma改性沥青混凝土加铺层。待上行路面施工完成，整体翻交，实施下行路面施工。www.tmgc8.com
该部分路面机动车道加罩大修工程从2008年9月中旬开始，于当年10月下旬全部完成。
4.3效果评价
因该路段中未涉及地下管线等棘手问题，相对来说减小了施工难度。在整个破碎过程中，碎石化层颗粒均匀，粒径集中在1.5－8.2cm之间，大于15cm的颗粒很少。碎石化层0－10cm内级配良好，位于级配碎（砾）石级配曲线之间，粉尘（小于0.075mm）含量为5.32%；0－18cm以内，粉尘含量0.58%；低于级配碎石粉尘含量的上限值（6%－7%）。破碎角与路面水平方向成35°－50°夹角，有预应力钢筋处，水泥块与钢筋可剥离。按fwd弯沉标准，破碎后水泥混凝土顶面弯沉值为破碎前的6.0－9.2倍，集中在7－8倍，此标准可以让碎石化层形成高强粒料层。
共振碎石化施工程序简便，振动影响小，噪声小，不扰民，施工速率、效率高，使现场由于施工造成的交通影响降到了最低。而且可得到合格尺寸的破碎块做基层，节约资源，降低造价。沪青平公路黑色路面加罩大修工程四标改建完成通车已有一段时间了，目前尚未发现任何反射裂缝和车辙等相关病害，道路使用性能良好。
5 结语
共振碎石化技术是对旧水泥混凝土路面改造的一种新技术，通过共振碎石化施工，不仅解决了旧路面改造的质量问题，还大大缩短了工期，节约了大量路基材料，大幅降低了工程造价，同时一举解决了碎块垃圾的处理，具有减轻白色污染等优点，是旧水泥混凝土路面翻修改造的理想方法。
