水泥混凝土路面共振碎石化施工技术质量控制研究

水泥混凝土路面共振碎石化施工技术质量控制研究

杨献锋 1 ，魏勇 2，王波 2

湖北省枣阳市公路建设有限公司 湖北省枣阳市 441200

摘要：本文通过水泥混凝土路面共振碎石化技术在枣阳襄阳路城市快速通道旧路改造工程中的实际应用中，总结了实施过程中的关键施工工艺。用于水泥混凝土路面的“白改黑”，消除加铺层的反射裂缝问题。本工程采用共振碎石化技术实施水泥混凝土路面的破碎再生，以继续验证其有效性，水泥混凝土路面共振碎石化技术在枣阳城区旧路“白加黑”改造工程中的成功应用，可在湖北地区城市道路改造工程中进行推广应用。

关键词：旧路改造；共振碎石化；施工技术；质量控制

随着我国城市道路改造在新形势下面临的严峻挑战，以水泥混凝土路面共振碎石化技术在城市旧路改造工程中迅速发展并取得了一定的成功。对交通影响小，施工效率高、周期短，而且可以就地再生，破碎后的路面可以直接利用，节能环保。共振碎石化技术是借助共振破碎机所产生的高频低幅化的振动能量，让旧路面的水泥混凝土板产生破裂的技术，可以将破碎后的水泥混凝土结构看作是新路面结构层的基层部分，符合节能减排和可持续发展的旧路改造技术主题。为更深一步探索共振碎石化技术在旧路改造工程中的适应性，2020年在湖北省襄阳枣阳市襄阳路城市快速通道改造工程项目上铺筑了试验段，以下为这次应用的主要技术成果。

1 技术比选

水泥混凝土路面“白加黑”改造工程的关键环节主要是对旧水泥路面的处治，处治方法有直接加铺法、冲击压裂法、板式打裂法、多锤头破碎法、共振碎石化法。其中直接加铺法主要适用于路面状况较好、病害很少的情况，并且对水泥路面的处治不彻底，后期会产生反射裂缝，其他几种技术的共同处治理论都建立在柔性底基层理论上，即要彻底消除反射裂缝，要满足各层弹性模量上强下弱的特点，由于水泥面板模量大于沥青层模量，因此需将水泥面板柔性化处治，降低弹性模量。下面将简单介绍并比较几种技术处治后破损程度、路面强度损失、环境影响等情况。

1.1冲击压裂技术

利用不规则形状的破碎轮的冲击能量破碎面板，并压实面板与基层。该技术可以实现破裂板体、稳定和加固一次完成，可实现板块裂而不碎，分散应力集中，强度损失相对较小，但由于该方法在施工过程重不能选择性的对板块局部位置进行个性化处治，使得板块局部位置处治不到位，难以完全消除板底脱空，会出现板块不稳固，回弹模量的均匀性与路面稳定性差。

1.2板式打裂技术

利用门板式破碎机的重力势能，通过宽2.5m的破碎锤反复升降达到破碎目的，调节提升高度改变冲击力大小。由于端部刀头较宽，造成较需要消除板块脱空的板角位置常难以破碎夯实，且门式破碎端部容易形成纵向开裂缺陷。

1.3水泥路面直接沥青罩面

核心是对旧板的处置：需要注浆稳固、铺设防裂贴、玻纤格栅、应力吸收层等防裂措施，施工复杂难度大，质量不易把控。坏板仍需破除重新浇筑，成本高，周期长。防反措施只能延长反射裂缝产生的时间，不能彻底解决反射裂缝问题。

1.4 共振碎石化技术

共振碎石化的优点主要表现为：一是可以对路边反射裂缝问题进行彻底解决；二是施工简便、施工速度较快；三是噪声小，振动影响范围相对较小；四是不会对路基和基层造成破坏，适用于混凝土路面。对路面反射裂缝问题进行有效解决，施工简便、施工速度快，在路面状况较差的情况下具有良好的经济性，是多锤头碎石化改造方案的主要优点。

共振碎石化改造方案具有彻底消除反射裂缝，延长路面使用寿命的特性，碎石尺寸更理想、均匀。应用共振破碎技术，可以使碎石层呈现上部破碎粒度小、下部破碎粒度大的结构，它可以排除有效反射裂缝，而且有利于路面渗水的横向排除。破碎以后的碎石纹路与路面之间的夹角在30-40度，可以让碎石块实现相互嵌合，既具有柔性层的特性又具有很强的承载能力。

破碎深度的可控制性。共振破碎机可以通过对振动频率和振幅进行控制的方式，对破碎深度进行有效控制，在路基材料与混凝土材料之间存在一定差异性的情况下，这一技术可以对原有路基的平整度和密实度进行充分保障。经济效益和社会效益相对良好。共振碎石化技术的应用，可以在对路面在寿命进行延长的基础上，对路面的服务水平进行提升。单车道施工的施工方式，可以减少对交通的影响。

通过上述四种技术分析比较可以看出，共振碎石化技术在水泥路面白改黑工程中优点突出：根除反射裂缝效果好、刚性面层变为柔性基层，优化了路面结构，延长道路寿命、环保、造价低等，因此，枣阳市襄阳路市区通往高铁站的城市快速通道改造工程最终优选共振碎石化技术来处治水泥面板。

2 项目选择与试验段施工

2.1 施工路段的选择

实际施工中，我们将依照设计图纸的要求，对照相应路段进行破碎。

同时共振碎石化施工可能会对处于较近的构造物产生影响。因此施工前，应在现场对这些构造物做出明确标记，施工过程中进行实时监控，确保这些构造物和建筑物不因施工造成损坏。共振碎石化施工的竖直向安全距离和水平向安全距离见表1及表2：

表1 共振碎石化施工竖直向安全距离

表2 共振碎石化施工水平向安全距离

共振碎石时，将根据构造物的实际情况和标记出的安全施工距离，采取轻振、降低频率、提高锤头等方法对不同的构造物进行处理。遇到有实在不能打的构造物（例如检查井口、横向浅埋管涵），采取迂回跳过的方式躲开。为此留下的施工缝，在铺筑面层之前加铺土工布，避免反射裂缝。

2.2现场试验段施工

2.2.1试验目的

通过共振碎石化试验路段，验证共振碎石化能否达到设计要值及震动碎石化最好效果的施工震动速度和频率，检验施工方案、施工工艺及操作规程的适用性，确定本工程的施工方法，为共振碎石化路面的施工提供技术依据。

2.2.2施工基本流程

共振碎石化前弯沉值检测→施工路面准备→路面清洁施工→共振机碎石化工作→Z型压路机震动碾压2遍→光轮压路机振动碾压2遍→光轮压路机收光碾压2遍→弯沉值检测→回弹模量检测。

2.2.3碎石化检测

本次试验段根据以往项目的施工经验，将试验段确定为100m，便于测量共振碎石化是否造成多碎或少碎。

(1)在共振碎石化作业前，对弯沉值进行检测。

(2)共振碎石化完成后进行弯沉值、筛分实验、回弹模量的检测。

(3)由试验室现场取样，确保检测数据真实有效，保证实验数据能达到设计要求值。

表3 共振碎石的质量要求

2.3优势、质量控制方法及技术注意事项

2.3.1与传统破碎工艺相比，共振式碎石化工艺具有八大优势：

①彻底根除反射裂缝，粒径均匀；②保持路基完好，施工后路基及路旁设备完好无损；③破碎后的水泥碎块不用搬走，直接做柔性路基，不产生白色垃圾；④在破碎后的水泥碎块直接加罩沥青，无需在加罩前铺任何材料，降低了施工成本；⑤噪音低，施工时，最大的噪音来自柴油发动机；⑥一次即可破碎成形；⑦效率高，日破碎速度单车道可达2km，大大缩短工期，且不影响其他车道交通；⑧改造后路面寿命可达20年以上，不存在其他方案面临的“二次修复怎么办”的难题。由于彻底消除了反射裂缝，共振碎石化后水复制面层，且将来养护费用低，被美国誉为“没有遗憾”的路面修复技术。

2.3.2路面碎石化施工质量控制方法

①试验段设备参数推荐·MHB破碎机械的主要控制指标是落锤高度和锤迹间距。这两个指标决定了冲击能量的大小和分布密度，最终决定了破碎后结构层的粒径分布特性和力学性质。

②路面碎石化后的粒径范围一般来说，只要原路基CBR值大于5，且水泥混凝土路面基层与面层总厚度超过33cm，便可以采用碎石化技术。粒径控制的标准为：路面碎石化后顶面的当量回弹模量经过现场碎石化处理后，旧水泥混凝土板破碎层为于37.5cm的颗粒，该层在路面改造后的新结构层中相当粒料垫层或基层。回弹模量平均值应控制在150~500MP之间。

2.3.3碎石化技术注意事项

①水泥混凝土路面破损程度决定了其碎石化施工的料径控制和工艺要求。对于损坏严重的水泥混凝土路面，必须判断其基层状态。一般情况下，基层破坏程度越高，破碎后粒径越小。

②水泥混凝土路面基层的破损程度是判断严重病害路面是否可用碎石化工艺的重要标准；当基层严重破坏时，碎石化后将导致模量降低，沥青面层容易疲劳损坏。

③排水设施是碎石化的必需辅助工程。完善的排水设施是防止碎石化后沥青加铺层再次发生水损坏的重要措施。

2.4试验段总结与评价

2.4.1试验段总结

①经过试验段的现场检测，证明该施工方案可行，能达到设计要求的规定值，满足规范及设计图纸要求且碾压的混凝土面层，光滑、平整、外光质量好。

②根据该实验路段的施工的结果来看，本工程共振碎石化施工工艺组合如下：

表4 路面沥青混凝土下面层施工推荐工艺组合

共振碎石化施工现场

③共振碎石化层的级配曲线连续均匀，近似呈线性增长趋势，碎石化后的水泥混凝土路面是由原刚性路面转化为破碎紧密结合、内部嵌挤、高密度的粒径从上到下由细向粗过渡，承载能力逐级增加，有利于路面结构的稳定;④碎石化层的回弹模量和弯沉值介于级配碎石和半刚性基层之间，起到了预防反射裂缝的作用，同时下部板块仍保持一定的整体性，为路面提供了足够的承载力;⑤通过分析该路段固定频率和行进速度下的共振碎石化效果，对共振碎石化的参数选择有了较为全面了解，对今后类似工程设计施工提供了经验和数据。

2.4.2共振碎石化效果评价

①粒径与级配检测。共振碎石化后，水泥面板经过碎石化后分为上部松散层和下部开裂层，其中松散层的厚度为3～5cm，个别破碎粒径大于20.3cm，建议施工中对过大粒径碎石进行人工破碎。下部破裂层结构，水泥板块产生的裂纹是与路面呈35～40°夹角，与机械原理图中共振锤头与地面接触角度相吻合。

②下部破裂层呈现良好的嵌锁层结构，大大增强了碎裂后结构的承载力。共振碎石后，对试验路段试坑距路肩距2.5m处，开挖直径为1m的试坑，取表面5cm松散层进行室内筛分试验。

③碎石化层粒径分布均匀，破碎粒径大部分在15.2cm以内，破碎层粉尘含量(小于0.075mm)不大于7%，共振碎石化表面层(碎石层)的整体级配接近连续性级配碎石级配范围中值，碎石层的级配基本能控制在级配碎石要求的范围。

2.5共振碎石层的保护

共振破碎后洒水压实后进行初步的弯沉检测，基本合格后开始喷洒沥青透层油，对路面进行保护。

透层油宜选用渗透性好的液体沥青、乳化沥青或煤沥青，喷洒后应通过挖掘确认透层渗入破碎层至少1cm，透层油用量应满足表4的要求，其它要求按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）中的规定进行。实际施工中的洒布量应以洒布后不露白，不形成明显的表面径流为标准。

表5 共振碎石化沥青加铺路面透层材料的规格和用量表

此外，在加铺前，还应考虑共振碎石化施工路段与相邻路段的衔接。对于共振碎石化施工路段与相邻路段的交界处两侧各1~4m的过渡路段，宜在该区域破碎层顶面及相邻路段顶面铺设一层土工材料后再加铺沥青层，并充分重视过渡路段的摊铺及碾压。

透层油喷洒后6小时后可以适当开放交通。在路面共振碎石化施工过程中以及沥青层加铺前，一般要求禁止通行与施工无关的车辆，同时还应控制施工车辆通行次数，禁止车辆随意在破碎层上调头、刹车与启动。如果出现交通压力大，确实需要通行车辆的情况，可在破碎碾压后放行车辆，车辆通行速度应严格限制在20km/h以下，并交叉碾压，同时应洒水养生。

若共振碎石化施工后不能及时摊铺沥青面层时，应及时压实并封上透层油，充分做好防雨工作，以免雨水侵入，同时应确保设置的路面边缘排水系统能正常工作，一旦经历降雨，应待破碎层及原基层疏干后方可进行后续碾压和摊铺施工。

沥青摊铺之前一天，应按照设计要求做好同步碎石封层，修补好因开放交通破损的透层和松散的碎石。以确保在铺油之前保证完整稳固的基层表面。

3. 结论

共振碎石化技术在旧水泥混凝土路面改造中具有绝对的优势，该技术对交通影响小，施工效率高、周期短，而且可以就地再生，破碎后的路面可以直接利用，节能环保。共振碎石化技术是借助共振破碎机所产生的高频低幅化的振动能量，让旧路面的水泥混凝土板产生破裂的技术，可以将破碎后的水泥混凝土结构看作是新路面结构层的基层部分，是改造旧水泥混凝土路面的不二选择！枣阳市襄阳路城区至高铁站快速通道改造项目作为枣阳地区首次引用共振碎石化技术的示范项目，采用共振碎石化技术对旧水泥路面处治后，有效消除了反射裂缝病害产生的根源，工程实施效果证明本技术较其他破碎技术优势明显，效果优良，值得推广应用。