论旧水泥混凝土路面共振碎石化施工技术

唐剑

摘要 共振碎石化技术利用共振设备破碎锤头高频低幅震动，共振破碎旧水泥路面混凝土面板，作为新路面基层，实现旧水泥路面材料的回收利用，减少环境污染，该施工技术具有施工便捷、施工周期短、施工质量佳、造价低、社会效益好等优点。基于此，文章针对旧水泥混凝土路面共振碎石化施工技术进行研究，结合工程实践从其施工技术原理及适用范围进行分析，提出相关施工工艺技术操作及质量控制要点，可为同类工程施工提供参考。

关键词 公路大修;路面改造;旧水泥路面;共振碎石化技术;施工技术

中图分类号 U416.2 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）13-0139-03

0 引言

水泥混凝土路面是我国交通路网的重要构成形式，受长期车载、环境损害等多重因素作用，多数路面存在不同程度的破损、开裂、脱空等病害，面临改造加铺的技术需求[1]。传统“白加黑”铺筑工艺，虽然能够短时间内消除路表开裂、破损病害，但难以根除反射裂缝。共振碎石化施工技术，可充分释放旧水泥路面的层间应力，消除水泥路面板反射裂缝，工程效益显著[2]。该文依托具体工程，对旧水泥混凝土路面共振碎石化施工技术展开研究，具有十分重要的意义。

1 工程概况

某高速公路是国家公路交通重点规划建设的“五纵七横”内的一段，是国家“九五”重点工程之一，主线全长168.848 km，其中第四合同段的旧水泥混凝土路面有1.3 km采用了共振碎石化施工技术，具体桩号为K1580+000～K1581+200，旧水泥路面采用共振碎石化施工技术的面积是31 850 m2。

2 共振碎石化施工技术适用范围

该施工技术适用于各等级道路旧水泥混凝土路面的改造工程。按相应技术标准，调查、计算路面断板率、平均错台量、路面状况指数PCI、接缝传荷能力四项评定指标参数，评价共振碎石化技术适用性，评定标准见表1。

3 工艺原理

共振碎石化技术利用共振原理，水泥路面板在持续高频低幅冲击下产生共振现象，使得混凝土面板整体均匀破碎，碎块在冲击震动作用下，相互嵌挤、嵌锁形成稳定结构[3]。

共振碎石化技术利用共振原理破碎水泥路面板，水泥路面板碎裂均匀，碎块粒径分布规律，可从根源上消除反射裂缝，基本不会扰动路基、地下结构，且经破碎形成的碎石结构强度、刚度较高，可直接作为柔性基层结构。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程（见图1）

4.2 操作要点

4.2.1 施工前的准备工作

（1）按照规范要求开展路况调查，调查道路沿线气候条件、交通量、重载交通占比、技术状况等信息，为改建道路改造方案设计、选定提供指导[4]。

（2）主要材料见表2;主要机械设备见表3。

（3）标记施工场地构造物，便于施工阶段监测、保护;共振碎石化施工竖直向、水平向安全距离，见表4、表5。

（4）编制、完善施工组织计划、施工方案、交通控制方案、环保控制方案等，为后续施工提供指导。

（5）设置排水系统，确保施工期间场地排水通畅。

4.2.2 选择试振区、开挖检查坑、选定共振机施工控制参数

（1）试振区选择：试验段技术状况在全线具有代表性，确保试验区确定的施工参数可指导全线工程施工;设置代表性路段长200 m。

（2）检查坑：为保证工程效果，检查坑宜设置在最不利工况部位;该工程试振区检查坑布设于振区中央，数量为3个，规格为1.2 m×1.2 m×h（板厚）。

（3）施工控制参数：振幅1.2 cm;振动频率：应急车道50 Hz，行车道、超车道48 Hz;振动设备行进速度：1.3 km/h。

4.2.3 共振破碎施工

（1）碎石化施工顺序按“边缘向中间、路拱高向低、路面低向高”顺序进行，便于渗透进的水分排出[5]。

（2）单锤头破碎宽度约0.2 m，单车道碎缝控制在15～18条。

（3）为消除既有水泥面板间接缝，共振碎石化施工阶段，须确保碎石化板块与相邻板块破碎搭接宽度不小于0.1 m，防止板间应力集中，遗漏质量隐患。

（4）为保证连续配筋混凝土路面破碎效果，施工前宜进行预裂处理;若工前不具备预裂条件，施工阶段可适当调整碎裂施工参数，采取加大振动频率、降低行进速度等方式，确保连续配筋混凝土路面达到设计碎裂效果[6]。

（5）共振碎石化施工，需全寬、全方位、全深度共振破碎旧混凝土路面板，不得依靠非共振设备进行辅助破碎。确保不形成由于施工方式不同造成的施工缝，避免日后反射裂缝的产生。

4.2.4 破碎层的清理

清除破碎层上原面层接缝、裂缝填料、尺寸大于10 cm碎块;修剪凸出碎石层外露钢筋，修剪至与碎石化层顶面齐平。

4.2.5 碎石化层的碾压

碎石化层碾压工序及碾压施工操作要点如下：

（1）初压、复压采用单轮压路机，初压静压1遍，复压强振碾压1遍，弱振碾压1遍;终压胶轮压路机静压1～2遍;压路机行进速度控制在3 km/h以内。

（2）直线路段、未设置超高平曲线路段，按两侧向中心顺序碾压;设置超高平曲线路段，按中心向两侧顺序碾压[7]。

（3）为确保碎石化层碾压强度，可在初压、终压前适当洒水，促进胶结料、骨料粘合板结。

（4）碾压施工阶段，严禁压路机随意掉头、紧急制动;碾压凸起、凹陷部位时，须先耙松、整平不平部位，再进行碾压施工，确保碎石化层碾压平整度符合施工要求。

4.2.6 碎石化层的保护

施工期间的交通车辆管控：1）严控施工车辆通行次数，严禁车辆随意调头、刹车;2）无关车辆严禁入场。

开放交通能够加速碎石化层的板结和稳固，提高其早期强度，有利于防止沥青面层的疲劳损伤;车辆的碾压也能够使软弱基础及早暴露，及早处治，在沥青摊铺之前将病害消灭于无形。

5 质量控制要点

5.1 碎石化层质量控制与验收标准

（1）破碎粒径：路面共振碎石化施工完毕，选择合适位置开挖检测试坑，试坑规格不宜小于50×50 cm，深度略大于路面板厚。碎石化成碎石粒径要求见表6。

（2）破碎层表面破碎深度和裂缝检测方法每段（100 m）检测坑为2个，单坑规格为50×50 cm，坑深6.5～9.5 cm，使用卷尺量测破碎深度;破碎层碾压施工前后，每100 m分别钻芯取样两处，对比碾压前后芯样开裂均匀程度，评价碎石化层共振破碎施工质量，调整共振碎石设备共振频率参数，确保正式施工阶段旧水泥混凝土路面取得良好的共振破碎施工效果。

5.2 承载能力

共振碎石及洒水压实后，按照设计、施工要求，均匀、足量喷洒透层油，待透层油达到稳定状态，立即测定碎石层顶面回弹模量值，评价碎石化层抗压性能;为确保数据能够反映碎化层抗压性能，测点数量要求不少于每千米3个[8]。对比路段各测点当量回弹模量与设计值、规范值偏差，若实测值小于规范值、设计值，须根据差值大小分析产生成因，采取调整施工参数或添加水泥、石灰等胶凝材料的方式，提升碎石化层抗压性能，防止路面服役期间因路基承载力不足发生破坏[9]。（回弹模量不方便检测时，可换算成回弹弯沉值来检测）。碎石化层顶面弯沉值均匀性、综合回弹模量作为指标，评价旧水泥混凝土路面碎石化效果，为加铺层设计提供数据支撑。

6 效益分析

该高速公路大修旧混凝土路面处治方式一般为压浆、换板处治;换板施工对破除路面的混凝土渣块进行废弃，产生了大量的建筑垃圾，且施工所需机械、人工过多，经济效益、环境效益低下;为减少施工工期，人工、机械等资源浪费，该项目1.95 km的旧水泥路面采用了共振碎石化施工技术，旧水泥路面共振碎石化面积为45 896 m2，工程造价相比直接加铺连续配筋复合式路面结构每平方可节约108.38元，合计节约497.4万元，经济效益显著;同时，节约石料1.2万t、土地3 335 m2，环境效益、社会效益显著。旧水泥混凝土路面处治及加铺综合方案经济比较见表7。

7 结论

该高速大修工程现已通车6年，路面运营情况良好，未见任何主要质量缺陷问题，满足日常交通需求。其余旧水泥混凝土路面采用换板及压浆补强处治，两种工艺均直接加铺同样的沥青结构层（20 cm厚）。采用换板及压浆补强处治工艺的路段现在已铣刨返修800 m，多次进行了坑洞修补，原路面反射裂缝较多，而采用共振碎石化施工的段落路面状况良好，有效控制了原路面的反射裂缝，降低了后期的维修养护费用。除此之外该技术还有如下优势：

（1）共振碎石化技术将旧水泥混凝土路面破碎为相互嵌锁的高强度碎石粒料层，并经碾压、撒布透层后，可直接加铺沥青面层，省去水稳等结构层，加铺厚度小，并充分利用原有路面的剩余结构强度，具有后期维护成本低、节约造价、低碳环保等优点。

（2）破碎后的碎石尺寸理想、均匀，不冲击下部基础，同时保证水稳下基层、路基、管线和设施的完好。

（3）与传统加铺连续配筋复合式路面结构相比，每平方米节约资金约100元，经济效益较高;共振碎石化工艺实现了旧水泥路面板材料“零浪费”，节约了材料投入、堆料场地占用，环境、社会效益显著;且施工效率高，破碎、碾压后可直接加铺沥青路面，基本无养生周期，对沿线交通影响较小。

参考文献

[1]胡伟锋， 文良东， 张蕾， 等. 旧路面共振碎石化机理及施工控制技术研究[J]. 城市建筑， 2022（6）： 159-161+165.

[2]洪斌， 张灵军， 丁宇平， 等. 共振碎石化技术在白改黑工程中的应用[J]. 筑路机械与施工机械化， 2009（11）： 42-44.

[3]黄琴龙， 杨壮， 余路. 高速公路旧水泥混凝土路面共振碎石化技術的应用与效果评价[J]. 交通科技， 2017（1）： 31-33.

[4]史仍超， 支喜兰， 张叔林， 等. 旧水泥混凝土路面共振碎石化施工参数研究[J]. 公路交通科技（应用技术版）， 2015（12）： 88-90.

[5]张叔林， 支喜兰， 史仍超， 等. 旧水泥混凝土路面共振碎石化施工质量评价方法研究[J]. 公路交通科技（应用技术版）， 2017（10）： 55-57.

[6]万伦， 姚勇， 文健康. 南部至定水旧水泥混凝土路面改建共振碎石化应用研究[J]. 路基工程， 2012（4）： 101-104.

[7]周海生， 庞伟， 呙润华. 水泥板共振频率影响因素分析[C]//. 2018世界交通运输大会论文集， 2018： 730-734.

[8]周海生. 旧水泥路面共振碎石化效果评价[C]//. 2018世界交通运输大会论文集， 2018： 735-741.

[9]袁勇， 李雄辉. 长沙望城区望城大道改造工程多锤头碎石化关键技术应用研究[C]//. 2018世界交通运输大会论文集， 2018： 1301-1307.