浅谈共振碎石化技术在城市道路大修中的施工工艺和质量控制

吉国荣

摘 要：本文主要介绍了共振碎石化技术在上海市莘庄工业区金都路“白改黑”大修工程中的应用，介绍了共振碎石化技术的特点、原理、工艺流程、施工质量控制要点。以此工程为例，为类似工程提供技术参考。

关键词：市政道路；共振碎石化；加铺沥青混凝土；施工工艺；质量控制；管理

1 前言

凭借承载能力强、稳定性好等优点，水泥混凝土路面在我国90年代被大量修筑。上海市在这一时期也修建了大量水泥混凝土道路。如：莘庄工业区内金都路、银都路、申富路、春光路和春东路等。经过一、二十年的使用，加之该区域通行较多的载重车辆，多条道路已经出现了板块碎裂、断板和纵横向裂缝等病害。此外，雨天路面泥浆溅出，晴天灰尘四起，车辆通行时产生极大的噪音，这些病害降低了道路的通行能力和服务水平。金都路两侧分布众多的工厂、企业，上述问题的存在，尤其影响道路沿线周围企业的环境，与莘庄工业区的整体的经济环境不匹配。为了改善莘庄工业区的整体环境，提高道路使用功能和服务水平，对水泥混凝土道路进行“白改黑”改造成了管理部门首要解决的问题。

山东省早在2003年率先在全国使用了共振碎石化技术，之后，在江苏、浙江等省份逐步应用推广。闵行区市政工程管理所在2011年采用共振碎石化技术对莘松路进行“白改黑”大修改造。距今超过7年，目前道路使用情况一切良好。从全国应用发展来看，共振碎石化在过去20年的发展期间，不断经过实践总结经验，摸索，这项技术确实在延缓反射裂缝，缩短工期上相对于其他技术有很大优势。因此作为莘庄工业区的建设管理单位，应对碎石化白改黑技术的采用的施工工艺、质量要求进行专业的研究分析，并且总结相关技术经验，为今后工业区类似工程提供技术参考。

2 项目概况

莘庄工业区金都路（老紫江～沪闵路）道路改建工程，全长3.14km，道路红线宽度32m，为城市次干路，设计速度40km/h。工程的主要内容为机动车道共振碎石化后加罩三层沥青混凝土，其中上面层采用4cm SMA-13C 改性沥青玛蹄脂碎石混合料[SBS（I-D）]。

3 共振碎石化施工工艺及质量控制

3.1 共振碎石化的优点

（1）施工迅速、对交通影响较小。

（2）能够较好的解决板块的反射裂缝问题。

（3）对埋深超过1m的地下管线没有任何影响，便于城市道路施工。

（4）水泥混凝土板块破碎后充当基层，不用外运，节省造价，有利于环保。

3.2 共振碎石化的原理

共振碎石化的原理是，利用机械设备工作锤头产生高频率且低振幅的震动，通过工作锤头将震动的能量传导给板块，并产生同步共振，最后将板块震碎。共振设备产生的高频率低震幅振动能量，可以让老路板块结构均匀破碎，破碎后上部板块形成粒径较小的碎块，下部形成带有一定嵌锁形式的碎块。碎块大小和方向较为规律，板块内部会产生斜方向的裂纹，会与路面形成30°～40°角度，破碎的水泥块之间相互嵌锁，形成锯齿状的特殊结构，主体具有一定强度，为沥青加铺层提供稳固的柔性基础，在共振后的板块直接加铺沥青面层，避免清理旧料，省时省力。

震碎后的水泥板块上层粒径较小且较松散，下层的粒径稍大，内部形成一定的嵌锁结构，这样表层稍小的粒径的柔性结构，能消除反射裂缝，有利于路面渗水横向排出；下部较大的粒径结构尚未被破坏，可以提供一定的强度，提高基层的承载力。共振完成后压实，使上下层结构形成相互嵌锁的稳定基层。

3.3 共振碎石化的工艺流程

老路破碎前，需首先查清老路路况——移除混凝土表面沥青——洒水——选取试验段——正式共振——共振后清除表面较大颗粒——压实——振后效果检测——铺筑并压实沥青加铺层。

（1）施工前安装排水系统。

（2）移除旧路上的沥青。

（3）设置试振区和试测坑。

（4）共振后上层粒径需小于7.5cm，主要碎块粒径应为2.5～7.5cm。

（5）碎石化后需采用钢轮振动压路机压实，次数为3次，碾压速度不得大于1.8m/s。

（6）如遇地基软弱路段，应会同设计单位对软弱路段进行勘验，取得设计单位同意后，应将板块挖除，并将下部软弱路基进行补强处理。

（7）在沥青混凝土面层摊铺前，不得开放交通，为促进沥青层与碎石化层之间连接，必须撒布粘层油。

3.4 共振碎石化设备的选择

实施碎石化的主要设备有MHB（Mutilpe-Head Breaker）類设备和共振设备两种类型。

多锤式破碎机主要是靠自身产生强大的冲击能量撞击混凝土板块，来完成破碎工作的。其工作原理是：油缸活塞杆上升，带动破碎锤上升后，依靠破碎锤的自由下落，对水泥混凝土板块形成较大的冲击。破碎时在整车行走过程中破碎锤交替下落，对混凝土路面进行破碎。经试验，多锤头破碎机破碎后的颗粒尺寸范围控制在7.5～30cm之间，能够取得良好的使用效果。

共振型破碎机是通过共振设备中的液压马达驱动振动大梁内的偏心轴转动，共振大梁会产生高频率的振动波，依靠两处支点并加以配重，使得大梁产生“S”型弯曲挠性撞击，最终在捣锤端头处产生低振幅。产生的高频率接近或达到水泥凝土板块的固有频率后，使得混凝土板块内部急速产生斜向裂纹，并随着振动持续向板块下部扩充，直至整体震碎。由于大量能量被板块吸收，因此共振碎石化后产生的颗粒较多锤头机械要小很多，可有效抑制反射裂缝。共振对路下管线影响小，对路下影响深度不超过1m。

上海已在沪南公路上应用多锤式破碎机进行碎石化，在沪青平公路进行共振碎石化。通过实践对比，多锤式施工震动强烈，噪音大，扬尘多，有可能损坏既有基层和管线，对周围建筑物影响较大，而共振碎石化施工震动小，噪音低，扬尘少，不会损坏既有基层和管线，对周围建筑物影响较小。考虑到金都路沿线企业密集，车行道下管线众多，因此金都路大修工程选择采用共振碎石化。

3.5 共振碎石化的施工质量控制

3.5.1 破碎前的调查和准备工作。

（1）严重病害部位的处理。在老路共振碎石化之前应对出现板块沉陷，弯沉异常偏大的路段，在修复基层后，用C20混凝土对翻挖的板块处进行浇筑，养护完成后一并共振。

（2）设置高程控制点。根据测量单位提供的测量数据，进行高程控制点的布设，以便在施工过程中监测路面共振时是否产生沉陷现象。

3.5.2 试振及开挖试坑检查

（1）试振。为了确保共振碎石化的施工质量，保证共振后的水泥混凝土颗粒的粒径满足符合设计的要求，在实施正式共振前必须在试验路段进行试振，并根据试振情况，调整设备相关参数。（2）试坑检查。

试振区长度宜为100m～200m，宽度7.5m～15m；试坑大小为1.2m（长）×1.2m（宽）×h（板厚）。试坑在试振区中央部位，数量不小于2个，若发现试振碎石化质量不满足设计要求，应检查设备、工序，及时设备参数后，重新试振至合格为止。

3.5.3 共振后表层保护

共振后接缝间的松散沥青填料，体积较大的混凝土块应予以清理，并采用级配碎石进行回填。碎石层上严格禁止车辆通行。如遇雨季施工，应做好防水、排水工作，对于情况特殊破碎后不能立即碾压的路段，应在摊铺沥青层前做好必要的遮盖保护共作。

4 结语

金都路自2013年采用共振碎石化技术大修至今，运营5年，期间经历嘉闵高架施工，大型车辆集中通行的考验，目前路面情况良好。

共振碎石化作为一种近些年产生的新工艺，不仅具备工期短、实施简便、造价低、旧料原地利用、低碳环保等优点，并且是目前水泥混凝土路面“白改黑”最行之有效的技术方案之一。适合在道路“白改黑”项目中推广。