摘要：
隨著水泥混凝土路面通車里程數(shù)的逐年增加和交通流量的不斷上升，傳統(tǒng)的水泥混凝土路面改造方法已很難從根本上解決水泥混凝土路面反射裂縫問題。文章著重介紹了共振碎石化技術(shù)的原理、特征、工藝流程、主要技術(shù)要求等，并結(jié)合工程實例闡述共振碎石化技術(shù)在水泥混凝土路面改造中的應用及優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：共振碎石化；水泥混凝土路面；技術(shù)應用
1 引言
自20世紀90年代以來，我國水泥混凝土路面發(fā)展極為迅速。隨著水泥混凝土路面建設(shè)數(shù)量的逐年增加和使用年限的不斷延長，需要維修和改造的舊水泥混凝土路面也越來越多。在各種翻修舊水泥混凝土路面方案中，采用不同厚度瀝青混凝土進行罩面鋪裝是比較通行的一種修復方式，但這種修復方式很難徹底消除原有路面上的接縫和裂紋。在日益加重的交通荷載作用下，這些原有的接縫和裂紋會最終反射到新鋪路面上，形成反射裂縫，并且發(fā)展很快，引起新的破壞，使路面服務期大大縮短。共振碎石化技術(shù)的產(chǎn)生，消除了熱瀝青混合料罩面后固有的反射裂紋、層面分離與脫落、潮氣造成的損壞、顛簸、錯層、水泥堿化反應和其他變質(zhì)反應，是舊水泥混凝土路面改造過程中防止反射裂縫的有效措施。
2 傳統(tǒng)舊水泥混凝土路面改造技術(shù)
2.1常規(guī)修復方法
一直以來，上海對舊水泥混凝土路面的改造主要采取“白加黑”、“白改黑”的方式，即對舊水泥混凝土路面面層做一些拉毛處理后直接加鋪一層新的瀝青混凝土。然而由于舊水泥面板或多或少存有斷板、錯板、接縫、裂縫、坑洞、脫邊、板底空洞等病害，改造后的面層在車輛荷載的連續(xù)不斷沖擊下，板的傳荷能力不良導致舊面板病害處的承載力突然下降，造成應力集中而反射到上面層，形成荷載型反射裂縫。同時由于瀝青混凝土和水泥混凝土兩種材料熱脹冷縮性質(zhì)不同，當溫度變化時，兩層材料脹縮效應出現(xiàn)差異，溫度應力在下層裂縫處不連續(xù)而產(chǎn)生應力集中，形成溫度脹縮型反射裂縫。最初的反射裂縫或許對行車性能影響不大，但是反射裂縫的存在使雜物進入可以加劇裂縫本身的惡化，而雨水、污水的滲入可以導致土基軟化，從而使路面結(jié)構(gòu)的表面性能惡化，乃至整體結(jié)構(gòu)遭到破壞。
2.2早期處理措施
反射裂縫問題一直是影響加鋪層使用壽命與使用性能的最根本原因。為了防止水泥混凝土路面反射裂縫的產(chǎn)生，通常會在兩層之間設(shè)置夾層，將土工格柵、土工織物等特殊材料鋪置于新舊層之間，以吸收部分應力，增強新加鋪面層的強度并在新加鋪層上設(shè)置脹縮縫，以釋放下層反射應力集中，避免產(chǎn)生裂縫。但這些方法都難以從根本上解決問題。
3 共振碎石化技術(shù)
3.1碎石化技術(shù)簡介
共振碎石化是一種路面破碎加覆蓋技術(shù)，就是將原有的水泥混凝土路面破碎成小顆粒碾壓后直接作為基層或底基層，再在其表面直接加鋪瀝青混凝土面層的工藝。
碎石化不僅是一種破碎路面的工藝，更是一種混凝土路面修復方法。它由共振梁破碎混凝土路面、正確設(shè)計和安裝路邊緣和地下排水系統(tǒng)、正確設(shè)計瀝青罩面三個主要部分組成。
3.2共振破碎設(shè)備
共振破碎機械選用美國共振機器公司（resonant machine incorporation，rmi)生產(chǎn)的rb500系列共振破碎機。其主要技術(shù)參數(shù)為：發(fā)動機功率350－600hp，振動梁寬度為457－660mm，破碎錘頭152.4－304.8mm，振動頻率35－53hz，振幅約20mm，振動梁配重5443－9070kg，總重量27216－31753kg，****破碎深度660mm。
該設(shè)備獨特的共振技術(shù)可以持續(xù)產(chǎn)生高頻低幅的振動能量，通過破碎錘頭傳遞到水泥板塊里。在特制振動梁偏心軸驅(qū)動下，產(chǎn)生振動諧波，支點與配重點振幅為零，破碎頭以高頻低幅進行小能量的破碎，使路面層內(nèi)造成均勻裂紋，并隨著振動迅速有規(guī)律地擴展而得到破碎，而不是被強力擊碎或碾碎。
3.3共振破碎原理
共振破碎設(shè)備利用振動梁帶動工作錘頭振動，錘頭與路面接觸。通過調(diào)節(jié)錘頭的振動頻率，使其接近水泥面板的固有頻率，激發(fā)其共振，即可將水泥混凝土面板擊碎。工作錘頭上裝有專用傳感器，感應路面的振動反饋。由電腦自動調(diào)節(jié)振動頻率，搜尋被擊物的自有頻率，并引起水泥面板在錘頭下局部范圍內(nèi)產(chǎn)生共振，使混凝土內(nèi)部顆粒間的內(nèi)摩擦阻力迅速減小而崩潰。
3.4碎石化技術(shù)特點
共振破碎技術(shù)產(chǎn)生的高頻低幅振動能量，使舊水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)完整性徹底破壞。由于共振破碎設(shè)備動量高，和板塊接觸時間短，將水泥板塊表面的裂紋瞬間均勻地擴展到板塊底部，作用于水泥板塊內(nèi)部的高頻振動力使其碎裂均勻，碎塊大小和方向極其規(guī)律，水泥板塊產(chǎn)生斜向裂紋，與路面形成30°－60°夾角。破碎的水泥塊之間相互嚙合，成鋸齒狀，為瀝青加鋪層提供穩(wěn)固的施工平臺，有效避免了裂紋紋路與路面垂直，達到承重和防水的效果。
破碎后的水泥板塊表層粒徑較小，較松散；下層粒徑較大，嵌鎖良好。這樣表層小的顆粒有利于消除反射裂縫和路面滲水的橫向排出；下部較大的顆粒可以提高路基的承載能力和阻止?jié)B水向下滲透。粒料經(jīng)壓實后相互嚙合得更緊，形成穩(wěn)定的基層。
由于破碎深度可以控制，高頻低幅共振產(chǎn)生的裂紋在穿透路面時就消散了，不會破壞原路基層的強度和均勻性，對地下設(shè)施也不會產(chǎn)生影響，并能使鋼筋很容易與混凝土顆粒有效分離，杜絕了鋼筋與其聯(lián)帶的水泥碎塊對新面層產(chǎn)生反射的影響。
3.5施工流程
舊水泥混凝土路面共振破碎改造工藝的一般流程為：首先要正確設(shè)計和安裝路面排水系統(tǒng)；再用共振破碎設(shè)備將舊路面破碎；采用10t左右的壓路機對共振破碎后的路面碾壓；按設(shè)計要求攤鋪新的瀝青混凝土路面。共振碎石化路面施工流程詳見下圖。
3.6主要技術(shù)要求
進行共振破碎施工時其主要技術(shù)要求有：①破碎施工前布設(shè)道路邊緣排水系統(tǒng)；②移除舊路上可能有的瀝青補塊；③先選擇150m×3.6m的區(qū)域作為試振區(qū)，然后選定1.2m2的范圍進行開挖作為檢測坑；④共振破碎后粒徑大部分在15.2cm以內(nèi)，破碎粒徑大于20.3cm的含量不超過2%，粒徑集中在1.5－7.6cm，破碎層粉塵含量（小于0.075mm）不大于7%；⑤碎石化層0－10cm以內(nèi)，級配控制在級配碎（礫）范圍以內(nèi)；0－18cm以內(nèi)，級配接近級配碎（礫）石；⑥碎石化后應用鋼輪振動壓路機來回碾壓2－4遍，碾壓速度≤1.8m/s；⑦破碎及碾壓過程中一旦路段被判定為地基軟弱路段，通常要從碎石化層到墊層全部挖除，然后用碎石材料回填并壓實；⑧碎石化層碾壓后，不允許有鋼筋外露，不允許有瀝青接縫料、補塊等存在；⑨攤鋪前，碎石化層頂面不允許通行交通，不允許碎石化表面出現(xiàn)凹陷深度超過2cm。
4 工程應用及評價
4.1工程概況
2008年9月，滬青平公路黑色路面加罩大修工程四標（k50+850－k53+930）路段應用了共振碎石化技術(shù)。滬青平公路為一級公路，雙向四車道，道路設(shè)計車速100km/h。該路段為水泥混凝土路面，板厚22cm。老路水泥混凝土板破壞嚴重，已出現(xiàn)了大量縱、橫向裂縫、沉陷和接縫填料損壞等病害。
該路段斷面布置為：1.0m土路肩+2.5m非機動車道+0.25m機非分隔帶+8.25m機動車道+1.5m中央分隔帶+8.25m機動車車道+0.25m機非分隔帶+2.5m非機動車+1.0m土路肩。路幅總寬度25.5m。
此次大修工程內(nèi)容中包含了在白改黑路段（k50+850－k53+930）的原有機動車車道水泥混凝土路面采用共振碎石化作為基層，加鋪瀝青混凝土面層進行補強，增設(shè)路面排水系統(tǒng)；路段范圍內(nèi)的非機動車道全線加罩4cm黑色瀝青面層等項目。
4.2施工過程
k50+850－k53+930段北側(cè)與東方綠洲旅游景點為鄰，為保證施工期間社會交通正常通行及不影響進出旅游景點的車輛通行，施工時實施了半幅機動車道封閉施工，另半幅機動車道開放雙向交通的施工交通組織方案，采取了半幅全標段整體半幅翻交，交替實施另半幅的施工方式。在大面積共振破碎前，先進行了試振并根據(jù)破碎效果確定破碎機械的基本破碎參數(shù)為：激振力8.89kn左右，破碎應力52mpa左右，振幅1－2mm，振動頻率42－45hz。
根據(jù)工程條件，路面排水盲溝布設(shè)在機非分隔帶內(nèi)。開工前，首先封閉上行非機動車道與上行北側(cè)機動車道，將下行機動車道作一來一去雙向機動車道。在封閉區(qū)域內(nèi)開展排水設(shè)施、側(cè)平石路緣石施工，待非機動車道內(nèi)施工結(jié)束路面恢復，非機動車道恢復原位走向，再對上行機動車道整體實施破碎、碾壓。破碎速度控制在每天每車道2公里左右，不超過每天每車道2.7公里。破碎后用10t鋼輪振動壓路機來回碾壓3遍，碾壓速度控制在1.5 m/s，并于碾壓完48小時內(nèi)攤鋪sma改性瀝青混凝土加鋪層。待上行路面施工完成，整體翻交，實施下行路面施工。
該部分路面機動車道加罩大修工程從2008年9月中旬開始，于當年10月下旬全部完成。
4.3效果評價
因該路段中未涉及地下管線等棘手問題，相對來說減小了施工難度。在整個破碎過程中，碎石化層顆粒均勻，粒徑集中在1.5－8.2cm之間，大于15cm的顆粒很少。碎石化層0－10cm內(nèi)級配良好，位于級配碎（礫）石級配曲線之間，粉塵（小于0.075mm）含量為5.32%；0－18cm以內(nèi)，粉塵含量0.58%；低于級配碎石粉塵含量的上限值（6%－7%）。破碎角與路面水平方向成35°－50°夾角，有預應力鋼筋處，水泥塊與鋼筋可剝離。按fwd彎沉標準，破碎后水泥混凝土頂面彎沉值為破碎前的6.0－9.2倍，集中在7－8倍，此標準可以讓碎石化層形成高強粒料層。
共振碎石化施工程序簡便，振動影響小，噪聲小，不擾民，施工速率、效率高，使現(xiàn)場由于施工造成的交通影響降到了最低。而且可得到合格尺寸的破碎塊做基層，節(jié)約資源，降低造價。滬青平公路黑色路面加罩大修工程四標改建完成通車已有一段時間了，目前尚未發(fā)現(xiàn)任何反射裂縫和車轍等相關(guān)病害，道路使用性能良好。
5 結(jié)語
共振碎石化技術(shù)是對舊水泥混凝土路面改造的一種新技術(shù)，通過共振碎石化施工，不僅解決了舊路面改造的質(zhì)量問題，還大大縮短了工期，節(jié)約了大量路基材料，大幅降低了工程造價，同時一舉解決了碎塊垃圾的處理，具有減輕白色污染等優(yōu)點，是舊水泥混凝土路面翻修改造的理想方法。
隨著我國舊水泥混凝土路面改造工程規(guī)模的不斷擴大，這一先進適用的共振碎石化技術(shù)將會得到更多的推廣應用，也必將帶來更好的經(jīng)濟效益和社會效益。
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