共振碎石化技术在水泥路面改造工程中的应用

简 斌，古有军

(1.西南科技大学土木工程与建筑学院;2.绵阳市川交公路规划勘察设计有限公司)

1 引言

近年来，我国公路交通建设发展迅速，新建了大量的高速公路和其它等级的道路，同时，对原有道路的改建也在大规模的进行。水泥混凝土路面是我国高等级道路的主要路面形式之一，上个世纪修建的水泥混凝土路面，随着使用年限的增长和重载车辆的反复碾压，路面破损严重，出现了断裂、沉陷、唧泥、脱空、错台、坑洞等病害现象，路面使用状况日趋下降，直接影响行车的安全和舒适性，因此，需要适时的进行路面改造。旧水泥混凝土路面加铺技术按加铺材料不同分为两种类型:一种为在旧水泥混凝土路面上加铺水泥混凝土路面(简称“白加白”)，另一种为旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土路面(简称“白加黑”)。由于沥青加铺层能有效地改善旧水泥路面的使用性能，提高车辆行驶的舒适性和安全性，改造和日常维修方便，对行车影响小，路容美观等多种优点，因此在国内外旧水泥路面改造工程中应用最多。

目前，国内旧水泥混凝土路面常用的改造方案主要有以下几种:压浆修补后直接加铺面层、破碎后加铺基层和面层、挖除后重建等。这些维修改造方案中，有些对旧水泥混凝土路面处治不彻底，加铺沥青面层后容易出现反射裂缝，有些改造方案投资过大，有的还存在环境污染以及工程隐患等弊端。因此，工程技术和科研人员一直在探索一种经济可行、可靠度高的水泥混凝土路面改造方案。

2 共振碎石化技术

水泥混凝土路面共振碎石化技术是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。该技术起源于20世纪后期的美国，是将旧水泥混凝土路面的面板，通过专用设备一次性破碎为碎块柔性结构，破碎后其颗粒粒径小，力学模式趋向于级配碎石。这种结构不仅具有一定承载力，而且具有有效防止或限制反射裂缝的发生、发展的作用。

1986年，美国首次使用RPB共振破碎机进行道路碎石化，随后，该技术在美国的38个州应用与推广，而后，遍及世界多个国家，该技术可适用于公路、城市道路、机场道路的碎石化加铺改建。2004年，该技术被引入中国，并且在上海、江苏、浙江、广东等地被应用于公路及市政道路的旧水泥混凝土路面改造。

共振碎石化技术的特点:共振破碎是由共振机器通过破碎锤头传递高频低幅的振动能量到水泥混凝土板里，使水泥板块表面的“裂纹”瞬间均匀地“扩展”到板块底部，将水泥混凝土表层约5-8厘米厚碎化成级配碎石，下部产生与路面呈350-400角的斜向裂纹的嵌锁结构。这种独特的斜向受力和嵌锁结构大大增强了碎裂后结构的承载力。经过破碎，可以达到以下效果:

(1)共振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。

(2)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。

(3)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 工程应用及评价

绵(阳)～梓(潼)路属于绵阳市区域性综合交通枢纽的重要的一段，连接绵阳市区与梓潼县。该路于1999年建成通车，迄今已10年。由于经济的快速发展，特别是5.12地震后，沿线运输灾后重建物资的车辆激增，尤其是超重车辆增多，现有的水泥混凝土路面已出现多种病害，主要有:路面麻面、脱皮、面板断裂、接缝啃边、面板脱空等。为了迅速的恢复发展经济，保持绵阳市交通大动脉的畅通，决定对该路进行改造。原路路面结构为:24 cm水泥混凝土面板(抗折强度5 MPa)+20 cm二灰砂砾基层+20 cm级配砂砾底基层，本次拟将该路改造为快速路，设计速度60 km/h。

根据目前国内外旧水泥混凝土路面翻修改造的新技术、新理念及本项目所在地气象、水文条件、实际材料使用情况等，并结合2009年9月14日《绵阳市区域性综合交通枢纽(绵梓路)改造提升工程可行性研究报告评估意见》，决定在K16+700～K23+450、K42+550～K47+065路段采用共振碎石化技术，长度共计11.265 km。此次改造提升工程主要包括以下几部分内容:(1)采用共振碎石化技术将原有水泥混凝土路面破碎后作为基层;(2)在基层上直接加铺沥青混凝土面层;(3)增设路面排水系统;(4)交通工程设计;(5)道路绿化工程设计等。新加铺的沥青混凝土路面采用如下结构形式:面层采用4 cm厚细粒式sasobit改性沥青混凝土(AC-13)+6 cm厚中粒式沥青混凝土(AC-20C)+6 cm厚中粒式沥青混凝土(AC-20C)+24 cm原水泥混凝土路面共振碎石化层。

3.1 施工过程

项目实施过程中，为了保证施工期间社会交通的正常通行及不影响沿线的车辆通行，采取了半幅道路封闭施工，另半幅道路开放双向交通的施工交通组织方案。

(1)在大面积共振破碎前，先进行了试振，试振区长度为300 m。现场确定K20+200～K20+500右侧为试验段，施工结束后检测了碎石化顶面回弹模量，验证其是否满足变异性要求，同时确定了破碎机械的基本破碎参数:振动频率44 Hz，振幅10 ～20 mm，激振力8～10 kN，施工速度3.0 km/h。

(2)试振结束后，在封闭区域内对上行行车道整体实施破碎、碾压，经检测合格后48 h内摊铺第一层沥青混凝土加铺层，随后加铺中面层HMA。

(3)将车辆放行至已加铺的半幅路面，碎石化另外半幅，经检测合格后加铺下面层、中面层及上面层。

(4)清除原中央分隔带的填土，作好中央分隔带防排水项目，作好填方路侧排水及路堑边沟排水项目。

3.2 效果评价

(1)本工程由于基本未涉及地下管线等棘手问题，相对来说降低了施工难度。在整个破碎过程中，效果较好，达到了以下要求:0～1/2板厚部分小于7.5 cm，1/2板厚以下部分7.5～23 cm;含有钢筋的旧水泥混凝土碎石化层，钢筋以上部分碎块粒径在7.5 cm以内，钢筋以下部分碎块粒径在23 cm以内;碎石化层小于0.075 cm含量不大于7%。

(2)破碎后碎石化层顶面的回弹模量代表值能满足直接加铺沥青混凝土路面的要求。

(3)充分利用了原有路面的残余承载能力、减少了废弃物的产生，降低了环境污染。

4 总结

共振碎石化技术在中国应用的时间不长，目前我国尚无共振碎石化方面的技术标准和设计、施工规范，设计人员的能力和水平也参差不齐。通过将这一技术应用在“绵阳市区域性综合交通枢纽(绵梓路)改造提升工程”中，发现该技术有显著的优点:如振动影响小、噪音小、不扰民;施工程序简便、效率高、有利于工期、质量目标的实现;节省投资、节约资源、环境污染小;能显著消除反射裂缝的产生等，为这一技术的进一步提高和完善积累了宝贵的实验数据和工程经验，在当前我国水泥路面需要大规模改造的背景下，具有重要的指导意义。当然，其中也还存在大量的技术难题，需要广大工程技术人员进一步的探讨和研究。

［1]公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)［S］

［2]杨斌.旧水泥混凝土路面沥青加铺层结构研究［D］.西安:长安大学，2005.

［3]公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2006)［S］.

［4]徐柱杰，凌建明，黄琴龙.旧水泥混凝土路面共振碎石化效果研究［J］.中国公路学报，2008.