淺談共振碎石化在既有水泥混凝土路面改造設計中的應用

連少芬

淺談共振碎石化在既有水泥混凝土路面改造設計中的應用

連少芬

（中國市政工程東北設計研究總院有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000）

本文介紹了共振碎石化技術在G324復線水頭鎮新大路至樸山立交橋段路面破損修復工程的設計應用，主要從工程概況、路面設計方案比較、共振碎石化加鋪設計、對共振碎石化既有面層的施工要求等四個方面進行分析論述。

共振碎石化技術；水泥混凝土；路面改造；加鋪層設計

近年來隨著科技水平的不斷提高，各項高新技術逐漸涌入市場，共振碎石化的利用是先進技術的體現之一，因其對周邊結構影響小、抑制反射裂縫效果好、改建后路面性能較優異，在一定程度上節約了路面建設和改造的成本等特性，近年來在道路改造設計中被廣泛應用。

1 工程概況

G324國道復線水頭鎮新大路至樸山立交橋段路面破損修復工程位于南安市水頭鎮，道路呈西北向東南走向，道路全長2.7Km,寬度30m/25m,雙向八/六車道，原為水泥混凝土路面。水頭鎮324國道復線為水頭南北向城市通道，其縱貫水頭產業功能區、生活居住區的核心帶，是水頭對外客貨運交通的主軸，也是福廈通道的交通要塞。本段道路沿線有眾多石材廠家，不僅交通量大，重型交通較多，累積荷載大于路面結構設計的承載力，故造成路面的嚴重破壞。由于現道路破損較為嚴重，已無法滿足城市發展的需要，急需進行修復改造。

原有車道路面結構: 24cm厚C35水泥混凝土面層+20cm 厚5%水泥穩定碎石層+20cm 厚級配碎石層，總厚度64cm。道路等級：城市主干路，主線計算行車速度：60Km/h。

2 舊路改造措施

舊路改造中通常對既有路面采用加鋪層結構設計或挖除既有路面重新設計路面結構層。采用加鋪層設計，既減少了大面積挖除的廢舊混凝土碎塊對環境的不利影響，又保留了舊路面一定程度的結構完整性，往往更受推薦。本工程兩側建筑室內地坪多高出路面50cm以上，采用加鋪層設計對室內外標高不會產生較大影響。經與建設相關單位協商確定，路面采用在既有水泥路上設計加鋪層。

根據《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169-2012），加鋪層設計應對舊路的斷板率和平均錯臺量、接縫傳荷能力進行分類。

路面損壞狀況分級標準

等級優良中次差 斷板率（%）≤56～1011～20>20 平均錯臺量（mm）≤56～1011～15>15

接縫傳荷能力分級標準

等級優良中次差 斷板率（%）>8056～8031～55<31

根據現場調查，平均斷板率超過27.2%，平均錯臺量超過16.9%，另據建設單位委托檢測的接縫傳荷能力平均為24.2，綜上所述，該道路評定級別為差，且本工程既有混凝土面層已出現唧泥、斷裂、下沉等現象，如采用對既有混凝土板進行大面積修復后再采用分離式或結合式加鋪混凝土面層，則不但處置成本高，而且加鋪層的使用壽命沒有保障。《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169-2012）亦規定，舊混凝土面層損壞狀況等級為差時，宜將混凝土板破碎成小于400mm的小塊，并用作新建路面的底基層或墊層，并按新建混凝土路面或瀝青路面類型進行設計。既有混凝土面層碎石化處理不僅可以減少挖除的廢舊混凝土碎塊對環境產生的不利影響，還保留了舊路面一定程度的結構完整性。因此本工程車行道路面采用將既有混凝土面層碎石化處理作為墊層，再新做水泥穩定碎石基層和水泥混凝土面層。

3 既有砼面層碎石化處理方案比選

3.1 方案一：多錘頭碎石化

多錘頭碎石化技術是利用多錘頭破碎機提升錘頭到一定高度后，讓其自由落體，利用其自身的沖擊力，反復多次的進行沖擊，把砼板破碎成碎塊，經多錘頭破碎機破碎后的顆粒粒徑在砼路面的上、中、底部都是不同的，破碎后上部的水泥砼板塊的顆粒小于7.5cm，形成松散層；下層顆粒粒徑較大(30cm左右),而且能形成相互嵌擠、咬合的效果，但此技術不能控制破碎的粒徑，破碎不均勻，不能徹底解決路面反射裂縫的問題。并且重錘下落產生的低頻高幅波動沖擊力,使其破碎時的能量傳播到比較大的深度范圍，其振動大、噪音大 、對周邊建筑物影響較大，破壞原有基層結構，降低了穩定承載力，在一定的程度上會對路基及其底下的管線設施產生擾動。

3.2 方案二：共振碎石化

共振碎石化技術是通過錘頭的振動引起舊水泥板塊共振，將舊水泥混凝土板塊破碎開裂成相互嵌擠的水泥混凝土碎石粒料層，破碎后的顆粒形狀相鄰互補、尺寸較小，碎后的顆粒紋路排列規則，經壓實后形成了相互嵌擠的穩定結構，使得原水泥板塊在接縫處的水平及豎向位移得到了解決，把原有板塊接縫向上反射的動力也消除了，經處理后的水泥砼碎石粒料層的強度和剛度比級配碎石層高，同時對舊路路基的影響也比較小，這種技術不僅能比較徹底的解決反射裂縫的問題，而且還能發揮舊砼板的承載能力。共振式碎石化有四個特點:

（1）共振碎石化可以通過調節振動頻率，使得破碎后的顆粒尺寸理想、均勻，從而降低引起路面反射裂縫的概率。

（2）共振碎石化后使得破碎層上部完全碎石化，碎塊的粒度較小，破碎層下部的粒度比較大且呈現網狀裂紋的特殊破碎結構，這樣的結構可以有效抑制反射裂縫的產生，提高了路基的承載力。同時阻止滲水對結構層的影響，從而消除了半剛性基層的沖刷和唧泥問題。

（3）共振碎石化破碎的深度大，可以較好的控制破碎深度，而且其垂直向下的沖擊力很小，所以不會對路基造成沖擊，不破壞路基及路基下的管線設施安全。

（4）施工效率高，共振破碎機的生產率可達8360㎡/天。由于其工作點很窄，在道路施工時，可單車道施工，不用封閉全部交通，每天可完成2公里左右的碎石化工作。

3.3 比選結果

以下為多錘頭碎石化與共振碎石化優缺點比較表：

方案多錘頭碎石化共振碎石化 方案比選 優點 1、價格低廉； 2、解決了丟棄水泥碎塊垃圾的環保問題； 1、節約成本；2、解決了丟棄水泥碎塊垃圾的環保問題；3、有效控制反射裂紋的產生；4、破碎路面能保持較大的模量和結構承載力；5、對路基和管線影響較小，保持路基完好；6、噪音小、施工速度快。 缺點1、控制反射裂縫方面并不十分明顯；2、振動大、噪音大 、對周邊環境影響大。3、降低結構承載力。1、存在一定的振動影響。 比選結果共振碎石化優于多錘頭碎石化，尤其適用于需控制反射裂縫，對周邊建筑和既有管線影響要求小的既有路面改造工程中。

本工程既有路面裂縫、凹槽、板塊斷裂、下沉、錯臺等病害，破損十分嚴重，制訂路面改造方案時，應將控制反射裂縫作為設計重點來考慮；兩側建筑多已形成，施工時，應考慮減少對周邊既有建筑的影響；既有路面下埋設有部分市政管線，碎石化施工時，應以減少對既有管線的破壞為原則。綜上所述，綜合考慮路面現狀狀況、工程造價、環境影響、交通影響本工程采用共振化碎石化方案。

4 共振碎石化加鋪層結構設計

4.1 路面結構設計參數

（1） 路面設計以《城鎮道路路面設計規范》（CJJ 169-2012）為依據，路面設計等級為城市主干道，設計基準期為30年，其設計荷載根據交通量以標準軸載BZZ-100進行折算，設計交通等級為重型，路面的材料性能和結構尺寸參數的變異水平等級為低級，相應的主要設計參數的變異系數的變化范圍見下表：

變異水平等級低級 水泥混凝土彎拉強度、彎拉彈性模量Cv≤0.10 基層頂面當量回彈模量Cv≤0.25 水泥混凝土面層厚度Cv≤0.04

（2）根據《公路水泥混凝土路面設計規范》中相關條文解釋，碎石化后舊路面頂面的回彈模量一般不小于30MPa,設計碎石化后舊路面頂面的回彈模量取值30MPa。

4.2 加鋪層結構設計

本工程改造路面方案：采用碎石化對舊水泥板塊進行碎石化碾壓處理后，因調坡需要，水泥穩定碎石基層與碎石化的既有水泥混凝土路面間采用級配碎石調平，然后與碎石化既有面層同步碾壓，再鋪設20cm5%水泥穩定碎石層+24cm水泥混凝土面層（抗彎拉強度≥5.0MPa），詳見附圖。

5 結束語

綜上所述，共振碎石化技術不僅僅有效地解決了傳統改造中的裂縫難題，還對既有建筑和市政設施影響較小，節約了經濟成本，減少了工程垃圾，對舊路面的改造工程往往起到不可替代的作用，我們需要不斷的學習、研究，進而使用到實際設計當中，從而使這一技術得到進一步的推廣和更廣泛的應用。

[1]鐘海建.共振式碎石化技術在水泥混凝土路面改造工程中的應用[J].福建建設科技,2014,（5）:93-95.

[2]《城鎮道路路面設計規范》（CJJ169-2012）[S].

[3]《公路水泥混凝土路面設計規范》（JTG D40-2011）[S].

[4]王松根,張玉宏,曹茂坤等.水泥混凝土路面碎石化改造技術應用與探討[J].公路,2004,15(5):31-34.

[5]王永彪，祝翱宇.水泥混凝土路面病害防治及其維護養護[J].低碳世界,2017(09):190-191.

連少芬（1984.10- ），女，籍貫惠安，漢族，本科，重慶大學土木工程(道路與橋梁方向)，職稱：市政路橋設計中級工程師，專業研究方向：路橋設計。

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1007-6344（2021）04-0347-02