淺談共振碎石在水泥混凝土路面“白加黑”大修工程中的應用

張維文

（上海浦東城市建設實業發展有限公司，上海市 200136）

0 引言

上世紀后期尤其是改革開放以來，由于水泥混凝土路面具有強度高、使用壽命長等優點，在全國各地得到迅速發展。隨著通車里程的逐年增加，早期建成的水泥路面接近設計年限。同時，伴隨經濟快速增長，交通流量及交通軸載逐年增加，路面超載日益嚴重，舊混凝土路面出現了不同程度的結構性損壞，導致路面板塊斷裂、錯臺斷高嚴重，路面平整度差，行車噪音大、舒適度差，道路的通行能力及服務水平下降。隨著對行車質量和道路通行要求的不斷提高，混凝土剛性路面的各種缺陷和不利于養護的各種弊端逐漸顯露出來。

然而，瀝青混凝土柔性路面卻具有表面平整、行車舒適、噪音小、耐磨及易于養護等特點。因此，如何利用舊混凝土路面，同時利用兩者的優點，克服兩者的缺點，在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層，即“白加黑”，是目前較為常用的維修方案。

目前對舊水泥混凝土路面“白加黑”的改建方法大致分為不破碎板和破碎板兩類。

不破碎板類的處理方法主要有基層灌漿加固、在舊板上加鋪瀝青面層、移除舊板后加鋪新面層等。但這些方法都存在一些缺陷：或耐久性不好；或無法解決反射裂縫問題；或施工周期長，以及造成大量道路材料的廢棄和二次搬運，對周圍環境和交通運輸造成很大影響。

而破碎板類是將舊水泥板破碎后作為新建瀝青路面的基層或底基層。可以徹底消除反射裂縫，對環境、道路耐久性、行車舒適性、縮短施工周期方面有諸多好處。因此，舊水泥混凝土板破碎技術是當前該類路面改造中很有應用前景的一種方法。

1 共振碎石化作用機理

1.1 反射裂縫的成因

水泥板塊直接瀝青加罩（白改黑）致命的缺點——易引起反射裂縫。

舊混凝土面層在接縫或裂縫附近的較大位移引起其上方瀝青加鋪層內出現應力集中，它包括因溫度變化引起水泥混凝土膨脹或收縮而產生的水平位移，以及因交通荷載作用而產生的豎向剪切位移。當水泥板塊接縫傳荷能力不足時，瀝青加鋪層在接縫處產生的豎向剪切應力會很大，從而在接縫上方的加鋪層內產生應力集中，導致反射裂縫的產生。

1.2 共振碎石化技術特點及作用機理

根據國內外的研究成果和實踐經驗，防止反射裂縫主要從應力消散和瀝青面層加筋兩方面加以考慮，而共振碎石化技術特點正好滿足要求。

共振破碎技術是將持續產生的高頻低幅的振動能量，通過破碎錘頭傳遞到水泥板塊內，讓水泥板與之產生共振，使得板塊整體均勻碎裂，且碎塊大小和方向極其規律，里面的鋼筋也與混凝土之間完全剝離。共振破碎后的裂紋與路表大致呈35°～40°夾角，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。混凝土面板共振破碎后，相互齒合嵌擠，可看成是兩層，底層碎塊粒徑稍大且相互嵌鎖，有利于破碎后的結構仍保持有較好的承載力；表層碎塊粒徑略小，力學模式更趨向于級配碎石。根據研究資料報導“共振碎石層的力學特性更接近于柔性基層，其抗變形能力是一般高品質密級配碎石的1.5～3倍。”所以，破碎層整體為仍具有相當結構承載力的柔性基層。目前我國使用的半剛性基層自身存在著不可克服的缺點：溫縮、干縮、產生裂縫，導致結構層早期損壞；使道路路面進行“開膛破肚式”大修。 而柔性基層則不同，其破壞模式主要為路面層表面一定范圍內的功能性破壞；舊水泥路面改造中應用共振碎石化技術優化了新的路面結構，使層間結構更穩定更相容，成為完全柔性路面，達到使用品質高，壽命長的特點。

2 共振設備的選型

目前，用于水泥路面共振碎石化處理的機械有兩種，單頭共振式破碎機和多頭沖擊式破碎機。

單頭共振式破碎機采用高頻低幅的原理，對地下管線的影響較小，噪音相對較小，適用于城鎮道路，破碎單價較高；多頭沖擊式破碎機采用低頻高幅的原理，振動強度大，對地下管線影響大，噪音相對較大，適用于公路，破碎單價較低。

3 共振碎石化施工工藝

3.1 破碎前調查及準備工作

（1）查明道路地質情況，查明沿線地下管線情況，對所有管線所在線位進行標注，與其管養單位進行溝通協商保護措施。

（2）查明道路沿線房屋建筑情況，評估碎石化技術施工是否會影響周邊建筑。

（3）查明沿線橋涵分布狀況，橋涵兩側至少預留10 m范圍不能共振破碎，以免影響橋涵的結構安全性。

（4）下列情況，需對舊混凝土路面進行縱向切割，為混凝土破碎后向四周擴張預留伸縮空間。

a.路面較寬（4車道及其以上）。

b.城市道路外側有堅硬的路緣石或非機動車道、人行道，不便向外側擴張。

c.無中隔帶的路面左右幅相連，無伸縮空間。

3.2 試振及開挖試坑檢查

舊水泥混凝土破碎質量主要受破碎機施工速度、振幅、振動頻率、破碎順序、破碎施工方向以及不同基層強度、剛度條件對破碎機的要求等的影響，這些因素均對舊水泥混凝土板塊的破碎程度、粒徑大小排列和形成的破裂面方向產生影響，這就要求先行試振(100～200 m)，開挖樣坑，檢查破碎粒徑分布情況，以及均勻程度，確定破碎機施工參數及施工組織措施。

3.3 共振碎石化施工

（1）交通控制：

對于碎石化范圍內的出入口應有醒目的安全標記，禁止無關車輛、人員進入施工區。破碎施工需占用2條車道，對于無中隔帶的道路，應設置臨時隔離對向車道的實施，作業區內的車道禁止通行。

（2）揚塵控制：

在破碎前，用灑水車在需要破碎的車道上灑水以控制施工中的揚塵現象，灑水時間與破碎共振的時間宜控制在0.5 h以內。

（3）共振破碎施工順序：

一般由外側車道開始，順著車道方向進行共振。每一遍破碎寬度約0.2 m。破碎一遍會對相鄰約5 cm區域造成一定的碎裂，為了提高破碎效率以節省時間，可在破碎第二遍時與第一遍區域間間隔2～4 cm。

（4）施工中，駕駛操作員應隨時觀察機械工作情況、錘頭破碎效果，隨時調整破碎參數，以盡可能地達到較好的破碎效果。

（5）對于舊路面為鋼筋混凝土時，應調整碎石化參數，如加大振動能等，要求破碎后鋼筋與混凝土分離。

（6）對于碎石化施工場地周邊建筑物、構筑物，需派專人進行觀察、觀測，如周圍建筑或構筑物有變形或開裂現象，應立即停止施工，與監理單位、建設單位一起分析研究解決措施。

3.4 共振碎石化后整備工藝

（1）路面破碎后，應清除舊路面接縫之間松散填料及較大粒徑的碎石塊，采用級配碎石回填。

（2）對破碎層的保護：

a.交通控制：

對于破碎層，盡量不行車，更不能讓車輛在其上剎車、啟動和掉頭，對于其上行駛的施工車輛也要嚴格監管。

b.雨水的防治：

對于破碎層，應充分做好防止雨水的工作。如果破碎后不能馬上碾壓，攤鋪瀝青層，應注意對其進行遮蓋，必要時做一些排水措施。

（3）局部補強:

對于局部路段，舊路面基層已損壞，應對其進行補強。

（4）碾壓:

采用不小于9 t的雙鋼輪振動碾壓機壓實2～5遍，可先灑水再壓實，以增強壓實效果。碾壓可以將表面細碎粒壓入表面裂紋，進一步提高破碎混凝土的模量，并壓出平滑的表面攤鋪瀝青層。

3.5 瀝青混凝土路面加鋪施工

（1）間隔時間控制：

碎石化碾壓后，必須在48 h內進行攤鋪瀝青層，以減少車輛交通對破碎層的損壞，并避免下雨。

（2）碎石化改建路段與其他路段的銜接問題：

對于碎石化路段及其他處理方式的路段銜接處，為防止應力集中產生反射裂縫，對銜接處加鋪土工材料進行處理。

（3）碎石化層與瀝青加鋪層的銜接：

碎石化層碾壓后，可直接攤鋪瀝青層，但厚度不小于15 cm。也可以在其表面噴灑透層油，其上均勻撒布一層石屑，用光路壓路機壓穩作封層。

3.6 共振碎石化工藝的應用

共振碎石化二十多年前起源于國外。目前，上海部分路段改建開始試用該項技術。根據驗收彎沉統計，大部分路段驗收彎沉小于0.35 mm，滿足設計要求。

4 質量監管及驗收標準

4.1 一般規定

（1）共振碎石化及其加鋪施工，應根據全面質量管理的要求，將控制、管理與檢查貫穿整個施工過程，建立健全有效的質量保證體系。對施工各工序的質量進行檢查評定，達到規定的質量標準，確保施工質量的穩定性。出現質量問題，應立即糾正或停工整頓。

（2）應加強施工過程質量控制，宜實行動態質量管理，包括施工準備、鋪筑試驗路段、施工過程中各項技術指標的檢驗、出現質量問題后的報告及解決辦法。

（3）應根據機械化施工特點，做好安全生產工作，落實安全生產責任制；施工期間應加強施工場地環境衛生管理、監督和檢查，注重環保。

4.2 碎石化層質量控制與驗收標準

4.2.1 粒徑

碎石化層破碎后粒徑宜符合以下要求：表面層1/2厚度部分0～7.5 cm，1/2厚度以下部分7.5～23 cm；含有鋼筋的舊水泥混凝土碎石化層，鋼筋以上部分碎塊粒徑7.5 cm以內，鋼筋以下部分碎塊粒徑在23 cm以內；碎石化層小于0.075mm含量不大于7%。

4.2.2 級配

碎石化層0～10 cm以內級配宜在級配碎（礫）石范圍以內；0～18 cm以內的碎石化層級配宜接近級配碎（礫）石。

4.2.3 回彈模量

碎石化層模量（靜態）應大于500 MPa，但宜小于1 500 MPa。

4.2.4 碾壓

碎石化層碾壓按有關規定進行。

4.2.5 其它

碎石化層其它質量要求及驗收標準按《公路路面基層施工技術規范》[1]（JTJ034-2000）的規定進行。

4.3 碎石化對周圍環境的影響控制

（1）碎石化施工的時間宜與周圍居民的睡眠時間錯開，盡量安排在節假日或者禮拜日。

（2）碎石化施工過程中若揚塵現象明顯，可將碎石化機械跟在灑水車后，邊灑水邊破碎，灑水與碎石化的時間間隔不能超過30 min。

（3）共振碎石化施工不得對埋設管線等構造物造成破裂，不得引起周圍建筑物的開裂，一旦發生此類安全事故，應暫停施工，局部調整施工方案，確保構造物或建筑物的安全性后方可繼續施工。

4.4 排水系統質量控制

共振碎石化施工可能會對碎石化前設置的排水系統造成一定影響，如引起排水通道堵塞、截斷等，影響排水效率，妨礙排水效果，宜在碎石化之后加鋪之前的整個施工段內開挖1.2m×1.2m的檢查坑不少于3個。查看碎石化層是否處于干燥狀態，若潮濕，則應仔細檢查路面邊緣排水系統并及時疏通、恢復或整改。檢查坑可用挖出料回填，也可采用碎石或瀝青碎石料回填。

4.5 瀝青面層的攤鋪

瀝青鋪筑按《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）[2]的規定控制。

5 結語

共振碎石化技術是對舊水泥混凝土路面改造的一種新技術。通過共振碎石化施工，不僅解決了舊路面改造的質量問題，還大大縮短了工期，節約了大量路基材料，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、低碳環保等優點，特別是交通流量比較大的路段，可解決“封”交通的難題。它是舊水泥混凝土路面翻修改造理想的、值得推廣的好方法。

[1]JTJ034-2000，公路路面基層施工技術規范[S].

[2]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].