学文网摘要：在对旧水泥混凝土路面改造为沥青路面中，共振碎石化技术能把旧水泥混凝土路面破碎成小的碎块，使旧水泥混凝土路面病害有效消除，形成的破碎层具有一定强度可作为沥青加铺层良好的基层直接使用。在节能减排及保护环境的同时，又降低了工程造价，经济合理。重点就共振碎石化技术在旧水泥路面改造为沥青路面中的应用从其技术原理、特征、工艺流程、主要技术要求等做以介绍。
关键词：共振碎石化技术 旧水泥路面改造 应用
1 概述
我国水泥混凝土路面始建于上世纪60年代中期，80年代以来，随着我国经济的快速发展，道路交通运输任务不断增长，水泥混凝土路面以其刚度大、稳定性好、材料来源广、耐久性强等优点，在全国迅猛发展。到目前为止，我国现有的水泥混凝土路面中相当一部分已经达到或超过了它的设计使用年限（一般设计使用年限为15～20年），有的虽未达到设计年限，但随着经济的日益繁荣，公路交通量和重载交通急剧增加，很多水泥混凝土路面由于超载、设计、施工等方面的原因，越来越多之前修建的水泥混凝土路面出现了不同程度路面断板结构损坏、使用性能降低等情况，严重影响车辆的行驶舒适性和安全性。
共振碎石化技术是通过对旧水泥混凝土路面的破碎从而减少混凝土板的有效尺寸，充分降低水泥混凝土板接、裂缝处在荷载、温度、湿度变化下的位移，消除了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 共振碎石化技术
2.1 共振碎石化技术简介。水泥路面共振碎石化技术由美国率先开发使用。2004年这项技术引入我国，它是一种水泥混凝土路面破碎加沥青覆盖层的路面修复技术，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。
2.2 共振碎石化技术原理。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（40～60Hz）和振幅（10～20mm），使振动能量传递到下面的水泥混凝土板，当振动接近水泥面板的固有频率，激发水泥混凝土板产生共振，造成水泥混凝土板的均匀破碎。碎石化机工作锤头上装有专用传感器，可以感应路面板的振动反馈。
2.3 共振碎石化技术特征。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，且其破碎深度可以控制，高频低幅共振产生的裂纹在穿透路面时就消散了，其冲击不会把混凝土碎块挤压进基层材料，仍能保持基层底基层结构的完整性和良好的承载力，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，对地下设施也不会产生影响。
2.4 共振碎石化施工设备要求
2.4.1 共振破碎机宜采用高频低幅类，设备主要性能参数宜符合下表的要求。
2.4.2 单钢轮振动压路机的自重不宜小于12t。
2.5 共振碎石化施工工艺
2.5.1 路况调查。共振碎石化前，应对旧水泥混凝土路面进行充分的路况调查，查明沿线构造物、地下管线、路侧房屋分布情况及其它对碎石化施工有影响或限制的因素，实测记录桩号、位置、结构形式、埋置深度等，并在实地标注。
2.5.2 旧路处置。通过调查确定的路基承载力CBR值小于5，及强度不足、出现软弹、过湿、沉陷等路面损坏严重的路基软弱路段，应采用换填方式进行处置。换填材料应采用透水性较好的材料，换填后的顶面当量回弹模量应满足设计要求。
2.5.3 排水系统（纵、横向盲沟）设置。路面经碎石化后再加铺沥青面层后，即使加铺层是密级配沥青混合料，仍避免不了雨水渗入。而加铺面层之下的碎石化层上半部分呈散粒状，透水性很大，下半部分虽然嵌挤密实，但其间有许多细长裂缝，渗水会沿着裂缝逐渐向下。而碎石化层之下是旧路半刚性基层又很密实，当水渗到该层顶部时就会积聚起来，对道路内部结构的影响很大，这就需要通过内部排水系统（纵横向盲沟）将这部分水排出。
2.5.4 共振碎石化施工
2.5.4.1 试验段施工。在正式共振碎石化施工前，应通过试验路段确定施工参数（共振破碎机的振动频率、振幅、工作速度、***化沥青及石屑用量）及工艺流程。试验路段长度不宜小于500mm。试验路段应按拟定的工艺进行施工，实测相关的施工参数，并及时评价处置效果。缺乏施工经验时可按下表确定共振初始试验参数。
试验段碎石化后应开挖试坑进行检验，试坑位置应按现行《路基路面现场测试规程》（JTG E60-2008）中的要求确定。试坑开挖尺寸不宜小于50cm×50cm，开挖深度不小于旧路面板厚度。共振碎石化后颗粒应满足下表的要求。
试验段破碎后撒布***化沥青封层，在其破***成型后，实测顶面当量回弹模量，检测点数不少于3个，作为优化设计阶段的顶面当量回弹模量实测值，并计算其代表值。
2.5.4.2 共振碎石化正式施工
①根据试验段确定的相关施工参数，破碎旧水泥混凝土路面。由于各路段状况的差异性，每台破碎机需配备一名检查人员，对破碎后的颗粒粒径及其均匀性进行检查，若按预定参数破碎质量下降，及时通知破碎机操作人员进行参数调整。
②共振碎石化前可用洒水车在需碎石化的车道上洒水以控制施工中的扬尘现象，洒水时间与进行碎石化的时间宜控制在半小时以内。
③破碎施工应先破碎路面两侧车道，再破碎中间行车道的顺序进行。破碎时应有重复破碎搭接面，搭接宽度不小于5cm。因为碎石化后，旧混凝土会向四周有一定的扩张，因此对板体性较强（配筋混凝土等）、较宽或没有碎石化伸缩空间的路面，需考虑对旧水泥混凝土路面进行全深度切割。
④若外侧车道边缘、内侧车道靠中央分隔带边缘有路缘石或其他设施，共振碎石化机械施工时可能会受到阻碍，车道边缘将会有500～750mm的路面破碎不到，此时可让共振机械与车道边缘纵向成30°～50°的角度进行边缘破碎。
⑤施工过程中临时发现的软弱路基，应及时按旧路处置设计要求进行。若遇水泥板强度过高或过厚，应适当提高振动频率或在破碎施工前采用打裂或其他手段对混凝土路面进行预裂处理。
⑥共振碎石化后，应及时清除原混凝土路面嵌缝料、表面粗粒料、外露钢筋及其它杂物。
⑦破碎后应及时测量顶面高程，并按设计要求进行纵、横坡调平层施工。调平材料可选择级配碎石或沥青碎石等材料，并应满足相应的等级要求。
⑧碎石化严禁在雨天施工。
2.5.4.3 碎石化层碾压。以共振破碎的水泥混凝土路面不会过分膨胀，破碎后的碎石化面与旧路面等高度，所以碎石化层的密度很高，后期碾压只需将表面压平、压稳即可。碾压前应清除原混凝土路面嵌缝料、表面粗粒料、外露钢筋及其它杂物，采用钢轮振动压路机先静压2遍，然后用石屑嵌缝，洒水浸湿（一般保持表层含水量在4%～5%，或浸湿深度一般为8cm），再振动碾压2～3遍即可。
2.5.4.4 共振碎石化层的交通控制。共振碎石化施工范围内的出入口应有醒目的安全标记，禁止无关车辆与人员出入。破碎施工须占用两条车道，对于没有中央分隔带的道路，应在道路中央设置隔离对向车道的设施，施工作业区域的两个车道禁止交通通行。在隔离处设置明显的交通导向标志，或派专人负责指挥交通。
2.5.4.5 撒布***化沥青。在碎石化层碾压完后，对各项技术指标检验合格后，应即刻在其表面撒布***化沥青封层，以稳定碎石化层顶面松散层，同时起到防水的作用。封层用***化沥青固体含量应为50%～55%，其余技术指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。***化沥青用量宜为2.0～3.5kg/m2，顶面松散层粉末较多时用量宜采用上限。集料粒径宜为4.75～9.5mm，含泥量应小于3%，集料用量以钢轮压路机碾压时不粘轮为原则。
2.5.4.6 铺筑沥青混合料加铺层。碎石化层碾压完毕后，应尽早（一般在48小时内）进行摊铺沥青混合料层，以减少车辆交通对破碎层的损坏，并避免下雨。沥青混合料加铺层施工应按设计进行，同时还应满足《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）的要求。
3 工程应用及评价
2013年铜川市干线公路养护大修工程（210国道K835+000～K863+000段）应用了共振碎石化技术，对旧水泥混凝土路面板碎石化后加铺沥青面层。该路段具有以下特点，故采用共振破碎加铺方案。
①道路两侧为居民房屋较多，且距路侧较近，路面标高具备抬高的条件。
②该路段路是铜川连通渭南的主要通道，基宽度12米，路面宽度10米，交通流量大，施工行车干扰大。
③旧水泥路面板断板率达30%左右，各类病害较多。但湿软路基造成的病害类型较少，地下水位也较低。
通过施工，在共振碎石化后对碎石化层进行挖探检测发现破碎后的水泥块之间相互啮合，成锯齿状，呈斜向嵌挤结构，裂纹与路面形成40°～50°夹角，基层顶面完好。破碎后的水泥板块表层粒径较小，较松散，类似于细颗粒的碎石层，粒径基本小于5cm；下层粒径较大，嵌锁良好，粒径基本在10cm～20cm之间，通过对碎石化层顶面当量回弹模量检测发现，碎石化后的模量在250～400MPa。目前，该项目已通过验收，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。根据验收弯沉可知，该路段验收弯沉基本小于0.36mm，满足设计要求。
4 结束语
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，具有工期短、实施方便、造价适中、低碳环保、环境影响小、有效解决交通流量比较大路段“封”交通的难题等优点，是旧水泥混凝土路面翻修改造的理想方法。
随着我国旧水泥混凝土路面改造工程规模的不断扩大，这一先进适用的共振碎石化技术将会得到更多的推广应用，也必将带来更好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]王松根.旧水泥混凝土路面碎石化技术应用指南[M].人民交通出版社，2007（01）.
[2]韩韬等.共振破碎技术在水泥路面改造工程中的应用[J].路与施工机械自动化，2009（07）.
[3]万伦.旧水泥混凝土路面共振碎石化改建研究[D].西南科技大学，2012（06）.
[4]JTG/T F31-2014，公路水泥混凝土路面再生利用技术细则[S].
[5]JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范[S].
[6]JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范[S].
[7]JTG/T F30-2014，公路水泥混凝土路面施工技术细则[S].
[8]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].
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