水泥混凝土路面共振碎石化改造技术的应用实践

刘洪田 高新学

【摘 要】在水泥混凝土路面改造为沥青混凝土路面的施工技术中，对原有水泥混凝土路面进行碎石化处理是改造技术的关键，本文结合水泥混凝土路面碎石化处理技术的实际应用展开分析和探讨，阐述了碎石化技术的关键控制环节及注意要点。

【关键词】碎石化；共振破碎；碾压

一、共振碎石化施工技术概述

碎石化是指在旧水泥混凝土路面大面积破坏，已丧失了整体承载能力，通过局部的挖除、压浆等处治方式已不能恢复其使用功能或已不能达到结构强度要求的情况下，为了解决通常情况下的加铺方式存在反射裂缝等问题，而对旧水泥混凝土板块采用的一种最终处理方法。该法一般是利用特殊的施工机械，在对局部破坏严重的基层进行处治后，将旧水泥混凝土板块破碎成较小的粒径，碾压后作为新路面结构基层或底基层，再加铺新的路面结构。

二、碎石化施工设备及技术特点

共振破碎机械一般使用的是柔性悬浮式共振破碎机，机械设备的工作原理是利用偏振块带动工作锤头在缓冲器下工作，锤头与路面接触，锤头的振动频率在42-52Hz左右，振幅为10-20mm。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。该设备在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，同时还可控制被击碎的碎块粒度和破碎深度。

共振破碎机动量高，和板块接触时间短，将水泥板块表面的“裂纹”瞬间均匀扩散到板块底部，高频振动使得整体碎裂均匀，板块大小和方向极其规律，板块产生斜向裂纹，与路面成30-40度夹角。破碎后表层粒径较小，较松散，下层粒径较大，嵌锁良好，达到“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构，并对路基无损伤，具有良好的“拱效应”，能将竖向压力变为水平推力，利于从根本上减小或避免反射裂缝的发生。

本工程施工试坑检查效果如下：碎石化层破碎后表面层0-8cm内小于5cm的比例在40-60%，8cm-1/2板厚部分的粒径在5-10cm范围，1/2板厚以下部分粒径在10-25cm。

破碎效果如下图所示。

三、碎石化施工技术实际应用中的控制要点

本文工程项目为福建省某省道，穿越城市，原有水泥混凝土路面已经超过了设计使用年限，出现多处病害，为了适应日益增加的车流量的需要，设计将原有水泥混凝土路面进行碎石化处理，加铺沥青混凝土面层。

1、做好交通管制及施工调查等前期准备工作。

（1）科学进行交通组织，保证施工及通行安全。

该道路位于市区，为双向六车道城市道路，由于车流量多，交通量较大，无法全封闭施工，在此情况下，碎石化施工前，经交警部门同意，采取了半幅封闭施工的措施。

（2）对全线进行路况调查并进行弯沉试验，采取针对性措施。

首先对路段既有结构物、地下管线、窨井等地下结构物、附属结构物和地面建筑物的位置、分布情况充分调查进行标识并合理避让，避免造成构造物破碎或引起周围建筑物开裂，当水泥混凝土板与周围构造物紧密相连时，切出应力释放槽。

其次，对既有路面进行弯沉检测，对弯沉值大于设计要求的路段进行了注浆或者挖除换填处理。

（3）在碎石化施工前应认真检查路面排水系统的完好性，及时疏通、恢复和整改，避免碎石化层积水而導致质量隐患引起后期病害。

2、碎石化施工作业的过程控制。

（1）进行破碎试验段施工，检验是否达到破碎的最佳效果。

该项目选择了K74+450～K74+600左幅150m长度车道作为试验段，并按照下表中的工艺参数进行共振碎石化试验，以便确定大面积施工的工艺参数。

共振碎石化工艺参数

为确保路面被破碎成达到要求的粒径，在破碎段落中选取不同位置挖掘1mX1m的试坑3个，用来判定破碎块是否达到特定尺寸要求。对符合要求的破碎数据进行了记录。

多次调试后，频率为44HZ，振幅20mm，行走速度3.4km/h时，效果最佳，破碎后的粒径较均匀，没有太大、太碎的颗粒，达到了良好的效果。为大面积施工提供了可靠的参考数据。

破碎后0-8cm取样筛分结果如下表，基本能达到连续型级配碎石的组成（已剔除了过大粒块）。

（2）在实际大面积施工过程中由于水泥混凝土面板的强度不均匀以及破坏程度的不同，还要不断检查破碎作业情况，并根据实际需要对设备进行细微调整，以确保达到施工质量要求。

（3）对软弱土、含水量大或下层承载力不足的不良路段，应减小激振力、增加行进速度、降低振幅。

3、碎石化层的压实控制

碎石化后，对碎石化层施工面的碾压是一道非常重要的工序，本项目所使用的共振破碎机械在破碎施工过程中能够自动喷水降尘，并对破碎面起到了一定的湿润作用，在破碎后，要及时紧跟碾压。

经过试验段总结，碾压最佳含水量控制在4～5%范围内；最佳机械组合为：先采用钢轮压路机静压一遍，再用胶轮压路机碾压2～3遍，然后再采用高频、低幅震动钢轮压路机震动碾压3～5遍，碾压速度不得大于3km/h。

4、碎石化后碾压效果的检测及处理

根据设计图纸要求，本项目被碎石化层的碾压密实度采用智能压实度仪监测，密实性用CMV值控制。碾压过程中根据CMV的变化指导工人进行补料，当CMV值达到规定值90%以上时，即可停止碾压。

5、碎石化层的保护

碎石化碾压完成后，必须对未能及时施工面层的段落进行保护。

一是禁止与施工无关的车辆通行，禁止车辆随意在碎石化层上刹车、启动和转弯，避免造成碾压面的松散或脱落。

二是做好防雨措施和排水措施。在雨天来临前，用彩条布将已经碎石化的面层全部进行覆盖，且保证施工前设置的路面边缘排水系统能有效工作，以免雨水渗入基层。

6、对沿线桥台、挡墙等结构物的保护

当碎石化施工路段与沿线的桥台、挡墙或大型建筑物及敏感的建筑物紧密相连时，为了避免共振施工对上述建筑物造成破坏，在共振施工前将与建筑物相连的混凝土板切割出了不少于20cm宽、深为混凝土板厚的应力释放槽，以确保建筑物的安全。

五、结语

共振碎石化施工作为当今旧路改造中一项不可缺少的技术，有着其他施工方式无法比拟独特的优点：

一是能彻底解决板块的反射裂缝。

二是施工速度快，破碎机每台班可破碎面积约为1000㎡，工作效率较高。

三是不显著提高路面标高，特别适合于经过城镇的道路改造。

四是可以直接利用，节能环保。破碎后的路面直接作为基层，不需清除，减少了白色污染。

本文结合工程实践，对共振碎石化的整个原理与控制要点进行了简要阐述，对一些数据进行了经验总结，如果能对共振机械进一步优化和改进，此工艺将会得到更加广泛的推广，在今后的旧路改造中会有更广阔的的空间。

参考文献：

1、《共振碎石化技术在水泥混凝土路面“白改黑”工程中的应用》熊志欣《交通世界（建养.机械）》 2011.06

2、《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《黑龙江交通科技》2012.09