淺析碎石化技術在水泥混凝土路面施工的應用

林曉川

（汕頭市建筑工程總公司，廣東 汕頭 515000）

隨著使用年限的增長和重載車輛的反復行駛，水泥混凝土路面損壞嚴重，出現了斷板、縱橫向裂縫、角隅斷裂等病害現象，路面技術狀況日趨下降，直接影響行車安全和舒適性。

共振破碎技術在舊水泥混凝土路面改造中應用越來越廣，共振技術與傳統路面改造技術相比，共振碎石化技術具有以下優點：首先，沒有因為挖除外運引起的運輸路段污染、棄土場污染、環境污染小；其次，因為共振施工工藝特點，施工周期明顯縮短；第三，因為只有施工現場的施工組織管理，施工管理簡單，大大減小管理協調的工作量和管理成本；第四，能有效防止或延緩瀝青混凝土面層出現的反射裂縫等病害。

1 施工現場的調查

某路段于1993年建成通車，原路面結構組合為20 cm水泥混凝土＋15 cm石灰土基層，水泥混凝土設計抗折強度4.5 MPa。水泥混凝土路面破損嚴重，主要表現為角隅斷裂，縱、橫、斜向裂縫、破碎板、錯臺、修補破損等病害，有的剛修補過不久的路面也出現了裂縫。據調查統計臨石線水泥混凝土路面狀況指數（PCI）平均達到53.5%，斷板率平均達到24.4%，嚴重影響行車舒適及交通安全。通過對路面鉆芯取樣，測試劈裂強度5.65 MPa。現路面結構改為舊水泥混凝土路面使用共振碎石化后，碾壓密實，作為路面基層，直接鋪筑7 cm中粒式瀝青混凝土＋8 cm粗粒式瀝青混凝土路面結構。

2 早期水泥路面改造方法

早期的水泥路面改造工程主要是對舊面面層做一些拉毛處理后，直接加鋪一層新的水泥混凝土或加鋪瀝青混凝土（白改黑），這樣做的主要原因還是成本問題。然而，由于舊水泥面板的預留接縫、裂縫、坑洞、脫邊、板底空洞造成的不穩定性等病害的存在，使得改造后的路面整體強度大打折扣。新舊面層在車輛載荷的連續沖擊下，舊面板病害處的承載力會突然降低，造成應力集中而反射到上面，使加鋪的新面出現載荷型反射裂縫；同時由于溫度變化，造成兩層材料的脹縮效應出現差異，溫度應力在下層裂縫處得不到連續，使得上層產生應力集中，造成溫度脹縮型反射裂縫。為防止這樣的反射裂縫，在加鋪工藝上采取了以下幾種方法：①在兩層之間設置夾層，就是以土工格柵、土工織物、橡膠瀝青等特殊材料設置于新舊層之間，吸收部分應力、延緩裂縫的反射、增強新加鋪層的抗拉抗剪強度，使新舊層結合為一體；②加鋪較厚的新層，以提高新層的強度和抗反射裂縫的能力。但成本明顯增大，效果卻有限；③在新加鋪層上設置脹縮縫，以釋放下層反射的應力集中。

3 碎裂技術的工作原理

設備獨特的共振技術可以持續產生高頻低幅的振動能量，通過破碎錘頭傳遞到水泥板里。不同于重錘將水泥板塊“打斷”的沖擊作用。共振碎裂機動量高，和板塊接觸時問短，是將水泥板塊表面的“裂紋”瞬間均勻地“擴展”到板塊底部，不破壞基層結構。水泥板塊產生的裂紋是斜向的，與路面成35°～40° 角。這種獨特的斜向受力和嵌緊結構，大大增強了碎裂后結構的承載力。作用于水泥板塊內部的高頻振動力使得整體碎裂均勻，碎塊大小和方向極其規律。而且里面的鋼筋也可以和水泥之間完全剝離。由于該共振設備只是將作用力擴展到板塊的邊緣即完成了能量的傳遞，所以對板塊周圍的結構設施不會造成破壞。

4 施工程序

舊水泥混凝土路面共振碎石化技術施工程序：路況調查→清除瀝青修補層→灑水濕潤→試振→檢測驗證→共振碎石化→清除表面粗粒料→壓實→技術指標檢測→鋪筑瀝青混合料→壓實→保養→開放交通。

5 施工要點

結合城市道路的特點，使用共振破碎技術施工時應注意以下幾點：

5.1 以下地區不適合共振破碎施工

地勢較低、路面積水較多的地區，路基為較濕的黏土和混入泥沙的黏土地區，路面上留有5 cm或以上車轍的地區，這些路段應該進行局部翻挖處理。

5.2 壓穩

共振破碎施工是使舊水泥混凝土路面被共振破裂，而不是粉碎，因此將表面壓平、壓穩即可，不可能也不必達到一般意義上的壓實；在工程中使用10 t鋼輪振動壓路機進行2～3遍碾壓，將表面細小碎粒壓入裂縫。進一步提高破碎混凝土的模量，然后用水灌車在表面灑l遍水，再進行l遍振動碾壓。

5.3 需在干燥的環境下進行

共振破碎技術需要在干燥的環境下進行，以使混凝土破碎過程中產生的細小顆粒保存下來，和粗顆粒形成整體提高整體強度。此外干燥的環境還可避免土基變軟和瀝青混凝土面層產生水損害。施工中采取的排水措施主要是設置邊緣排水系統，即在每隔 100～300 m或在較低的地方布置橫向排水管將水排出道路。最常見的設置形式為深45～60 cm、寬30 cm并內襯油氈或濾網的排水溝，溝底鋪設多孔塑料管或土工織物覆蓋的其他管道。

5.4 豎井、隔離帶邊緣及交叉口的影響

城市道路由于遍布各種公用設施，施工環境比公路更為復雜。對于井蓋等構造物，應提前在標記的外側邊緣 30～60 cm范圍內提升共振破碎頭以越過井蓋。

6 碎裂化施工工藝

6.1 安裝排水系統

排水系統的質量決定道路使用的效果和壽命。共振工藝的正確實施，需要良好的排水系統作為保障。所以，在破碎工程開始前兩周安裝排水系統。在35省道施工路段，早期施工時因為沒有處理好排水，引起破碎后路面積水，結果彈性模量和控制彎沉檢測總是達不到要求，后來重新處理排水后，彎沉指標明顯好轉。以上是典型的排水系統工作原理。

6.2 碎化處理

破碎前，應對破碎車道水泥混凝土路面表面灑水濕潤，防止破碎時揚塵飛揚，污染環境。破碎順序一般由水泥路面外側車道開始，從邊緣向中間破碎，每次間隔20 cm進行往復破碎。如果縱向車道作了縱向切割，也可由中向邊順序破碎。破碎一個車道的寬度，實際破碎寬度應超過一個車道，與其相鄰車道搭接至少15 cm。

6.3 振動碾壓

舊水泥混凝土路面共振破碎質量主要受到破碎機施工速度、振幅、破碎順序、破碎施工方向以及不同基層強度、剛度條件、對破碎機調整要求等，均會對破碎程度、粒徑大小排列和形成的破裂面方向造成影響。為了確保共振破碎質量，實施共振破碎前必須進行破碎試振。試振后，通過開挖坑穴，檢驗破碎粒徑分布情況以及均勻程度，確定破碎機施工參數及施工組織措施等。壓實前，應清除舊水泥混凝土路面接縫內大于5 cm的碎石塊，并對凹陷的路段采用級配碎石粒料回填，然后采用光輪壓路機碾壓密實。

6.4 技術指標檢測

舊水泥混凝土路面實施共振碎石化后，采取外觀鑒別和實地檢測相結合的方法，選取具有代表性的路段挖坑穴抽樣檢驗、檢測，一般每隔250 m距路邊2.5 m位置處開挖1 m2左右的坑穴，深度至路面基層頂面，分析共振破裂效果。鑒別板塊內是否產生斜向受力和嵌緊結構，判斷、分析、評價共振碎裂技術作用力擴展到板塊的何位置完成了能量的傳遞，以及對板塊周圍的結構物和基層是否會造成損壞。同時，定點檢測沉降量、回彈彎沉值測定、破碎狀況檢測、縱橫坡度檢測等。結果表明：共振破碎使舊水泥混凝土路面縱、橫坡度發生變化較小；沉降量和側向位移相對較小；回彈彎沉值測定舊水泥混凝土路面回彈彎沉值小，共振碎石化碾壓后回彈彎沉值大，符合充當基層的回彈彎沉值，鋪筑瀝青混凝土路面后路表回彈彎沉值測定小于路面容許彎沉值，符合設計要求。

7 結束語

綜上所述，通過破碎將舊水泥混凝土路面結構強度降低到一定程度，防止反射裂縫的產生，同時能夠實現兩者較好的平衡，且具有快速、有效地修建路面工程，改善路面狀況，施工周期短、節約資源、環境污染少的特點，有效解決了水泥混凝土路面改造難題。