浅谈共振碎石在水泥混凝土路面“白加黑”大修工程中的应用

张维文

（上海浦东城市建设实业发展有限公司，上海市 200136）

0 引言

上世纪后期尤其是改革开放以来，由于水泥混凝土路面具有强度高、使用寿命长等优点，在全国各地得到迅速发展。随着通车里程的逐年增加，早期建成的水泥路面接近设计年限。同时，伴随经济快速增长，交通流量及交通轴载逐年增加，路面超载日益严重，旧混凝土路面出现了不同程度的结构性损坏，导致路面板块断裂、错台断高严重，路面平整度差，行车噪音大、舒适度差，道路的通行能力及服务水平下降。随着对行车质量和道路通行要求的不断提高，混凝土刚性路面的各种缺陷和不利于养护的各种弊端逐渐显露出来。

然而，沥青混凝土柔性路面却具有表面平整、行车舒适、噪音小、耐磨及易于养护等特点。因此，如何利用旧混凝土路面，同时利用两者的优点，克服两者的缺点，在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层，即“白加黑”，是目前较为常用的维修方案。

目前对旧水泥混凝土路面“白加黑”的改建方法大致分为不破碎板和破碎板两类。

不破碎板类的处理方法主要有基层灌浆加固、在旧板上加铺沥青面层、移除旧板后加铺新面层等。但这些方法都存在一些缺陷：或耐久性不好；或无法解决反射裂缝问题；或施工周期长，以及造成大量道路材料的废弃和二次搬运，对周围环境和交通运输造成很大影响。

而破碎板类是将旧水泥板破碎后作为新建沥青路面的基层或底基层。可以彻底消除反射裂缝，对环境、道路耐久性、行车舒适性、缩短施工周期方面有诸多好处。因此，旧水泥混凝土板破碎技术是当前该类路面改造中很有应用前景的一种方法。

1 共振碎石化作用机理

1.1 反射裂缝的成因

水泥板块直接沥青加罩（白改黑）致命的缺点——易引起反射裂缝。

旧混凝土面层在接缝或裂缝附近的较大位移引起其上方沥青加铺层内出现应力集中，它包括因温度变化引起水泥混凝土膨胀或收缩而产生的水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪切位移。当水泥板块接缝传荷能力不足时，沥青加铺层在接缝处产生的竖向剪切应力会很大，从而在接缝上方的加铺层内产生应力集中，导致反射裂缝的产生。

1.2 共振碎石化技术特点及作用机理

根据国内外的研究成果和实践经验，防止反射裂缝主要从应力消散和沥青面层加筋两方面加以考虑，而共振碎石化技术特点正好满足要求。

共振破碎技术是将持续产生的高频低幅的振动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块内，让水泥板与之产生共振，使得板块整体均匀碎裂，且碎块大小和方向极其规律，里面的钢筋也与混凝土之间完全剥离。共振破碎后的裂纹与路表大致呈35°～40°夹角，这种独特的斜向受力和嵌紧结构大大增强了碎裂后结构的承载力。混凝土面板共振破碎后，相互齿合嵌挤，可看成是两层，底层碎块粒径稍大且相互嵌锁，有利于破碎后的结构仍保持有较好的承载力；表层碎块粒径略小，力学模式更趋向于级配碎石。根据研究资料报导“共振碎石层的力学特性更接近于柔性基层，其抗变形能力是一般高品质密级配碎石的1.5～3倍。”所以，破碎层整体为仍具有相当结构承载力的柔性基层。目前我国使用的半刚性基层自身存在着不可克服的缺点：温缩、干缩、产生裂缝，导致结构层早期损坏；使道路路面进行“开膛破肚式”大修。 而柔性基层则不同，其破坏模式主要为路面层表面一定范围内的功能性破坏；旧水泥路面改造中应用共振碎石化技术优化了新的路面结构，使层间结构更稳定更相容，成为完全柔性路面，达到使用品质高，寿命长的特点。

2 共振设备的选型

目前，用于水泥路面共振碎石化处理的机械有两种，单头共振式破碎机和多头冲击式破碎机。

单头共振式破碎机采用高频低幅的原理，对地下管线的影响较小，噪音相对较小，适用于城镇道路，破碎单价较高；多头冲击式破碎机采用低频高幅的原理，振动强度大，对地下管线影响大，噪音相对较大，适用于公路，破碎单价较低。

3 共振碎石化施工工艺

3.1 破碎前调查及准备工作

（1）查明道路地质情况，查明沿线地下管线情况，对所有管线所在线位进行标注，与其管养单位进行沟通协商保护措施。

（2）查明道路沿线房屋建筑情况，评估碎石化技术施工是否会影响周边建筑。

（3）查明沿线桥涵分布状况，桥涵两侧至少预留10 m范围不能共振破碎，以免影响桥涵的结构安全性。

（4）下列情况，需对旧混凝土路面进行纵向切割，为混凝土破碎后向四周扩张预留伸缩空间。

a.路面较宽（4车道及其以上）。

b.城市道路外侧有坚硬的路缘石或非机动车道、人行道，不便向外侧扩张。

c.无中隔带的路面左右幅相连，无伸缩空间。

3.2 试振及开挖试坑检查

旧水泥混凝土破碎质量主要受破碎机施工速度、振幅、振动频率、破碎顺序、破碎施工方向以及不同基层强度、刚度条件对破碎机的要求等的影响，这些因素均对旧水泥混凝土板块的破碎程度、粒径大小排列和形成的破裂面方向产生影响，这就要求先行试振(100～200 m)，开挖样坑，检查破碎粒径分布情况，以及均匀程度，确定破碎机施工参数及施工组织措施。

3.3 共振碎石化施工

（1）交通控制：

对于碎石化范围内的出入口应有醒目的安全标记，禁止无关车辆、人员进入施工区。破碎施工需占用2条车道，对于无中隔带的道路，应设置临时隔离对向车道的实施，作业区内的车道禁止通行。

（2）扬尘控制：

在破碎前，用洒水车在需要破碎的车道上洒水以控制施工中的扬尘现象，洒水时间与破碎共振的时间宜控制在0.5 h以内。

（3）共振破碎施工顺序：

一般由外侧车道开始，顺着车道方向进行共振。每一遍破碎宽度约0.2 m。破碎一遍会对相邻约5 cm区域造成一定的碎裂，为了提高破碎效率以节省时间，可在破碎第二遍时与第一遍区域间间隔2～4 cm。

（4）施工中，驾驶操作员应随时观察机械工作情况、锤头破碎效果，随时调整破碎参数，以尽可能地达到较好的破碎效果。

（5）对于旧路面为钢筋混凝土时，应调整碎石化参数，如加大振动能等，要求破碎后钢筋与混凝土分离。

（6）对于碎石化施工场地周边建筑物、构筑物，需派专人进行观察、观测，如周围建筑或构筑物有变形或开裂现象，应立即停止施工，与监理单位、建设单位一起分析研究解决措施。

3.4 共振碎石化后整备工艺

（1）路面破碎后，应清除旧路面接缝之间松散填料及较大粒径的碎石块，采用级配碎石回填。

（2）对破碎层的保护：

a.交通控制：

对于破碎层，尽量不行车，更不能让车辆在其上刹车、启动和掉头，对于其上行驶的施工车辆也要严格监管。

b.雨水的防治：

对于破碎层，应充分做好防止雨水的工作。如果破碎后不能马上碾压，摊铺沥青层，应注意对其进行遮盖，必要时做一些排水措施。

（3）局部补强:

对于局部路段，旧路面基层已损坏，应对其进行补强。

（4）碾压:

采用不小于9 t的双钢轮振动碾压机压实2～5遍，可先洒水再压实，以增强压实效果。碾压可以将表面细碎粒压入表面裂纹，进一步提高破碎混凝土的模量，并压出平滑的表面摊铺沥青层。

3.5 沥青混凝土路面加铺施工

（1）间隔时间控制：

碎石化碾压后，必须在48 h内进行摊铺沥青层，以减少车辆交通对破碎层的损坏，并避免下雨。

（2）碎石化改建路段与其他路段的衔接问题：

对于碎石化路段及其他处理方式的路段衔接处，为防止应力集中产生反射裂缝，对衔接处加铺土工材料进行处理。

（3）碎石化层与沥青加铺层的衔接：

碎石化层碾压后，可直接摊铺沥青层，但厚度不小于15 cm。也可以在其表面喷洒透层油，其上均匀撒布一层石屑，用光路压路机压稳作封层。

3.6 共振碎石化工艺的应用

共振碎石化二十多年前起源于国外。目前，上海部分路段改建开始试用该项技术。根据验收弯沉统计，大部分路段验收弯沉小于0.35 mm，满足设计要求。

4 质量监管及验收标准

4.1 一般规定

（1）共振碎石化及其加铺施工，应根据全面质量管理的要求，将控制、管理与检查贯穿整个施工过程，建立健全有效的质量保证体系。对施工各工序的质量进行检查评定，达到规定的质量标准，确保施工质量的稳定性。出现质量问题，应立即纠正或停工整顿。

（2）应加强施工过程质量控制，宜实行动态质量管理，包括施工准备、铺筑试验路段、施工过程中各项技术指标的检验、出现质量问题后的报告及解决办法。

（3）应根据机械化施工特点，做好安全生产工作，落实安全生产责任制；施工期间应加强施工场地环境卫生管理、监督和检查，注重环保。

4.2 碎石化层质量控制与验收标准

4.2.1 粒径

碎石化层破碎后粒径宜符合以下要求：表面层1/2厚度部分0～7.5 cm，1/2厚度以下部分7.5～23 cm；含有钢筋的旧水泥混凝土碎石化层，钢筋以上部分碎块粒径7.5 cm以内，钢筋以下部分碎块粒径在23 cm以内；碎石化层小于0.075mm含量不大于7%。

4.2.2 级配

碎石化层0～10 cm以内级配宜在级配碎（砾）石范围以内；0～18 cm以内的碎石化层级配宜接近级配碎（砾）石。

4.2.3 回弹模量

碎石化层模量（静态）应大于500 MPa，但宜小于1 500 MPa。

4.2.4 碾压

碎石化层碾压按有关规定进行。

4.2.5 其它

碎石化层其它质量要求及验收标准按《公路路面基层施工技术规范》[1]（JTJ034-2000）的规定进行。

4.3 碎石化对周围环境的影响控制

（1）碎石化施工的时间宜与周围居民的睡眠时间错开，尽量安排在节假日或者礼拜日。

（2）碎石化施工过程中若扬尘现象明显，可将碎石化机械跟在洒水车后，边洒水边破碎，洒水与碎石化的时间间隔不能超过30 min。

（3）共振碎石化施工不得对埋设管线等构造物造成破裂，不得引起周围建筑物的开裂，一旦发生此类安全事故，应暂停施工，局部调整施工方案，确保构造物或建筑物的安全性后方可继续施工。

4.4 排水系统质量控制

共振碎石化施工可能会对碎石化前设置的排水系统造成一定影响，如引起排水通道堵塞、截断等，影响排水效率，妨碍排水效果，宜在碎石化之后加铺之前的整个施工段内开挖1.2m×1.2m的检查坑不少于3个。查看碎石化层是否处于干燥状态，若潮湿，则应仔细检查路面边缘排水系统并及时疏通、恢复或整改。检查坑可用挖出料回填，也可采用碎石或沥青碎石料回填。

4.5 沥青面层的摊铺

沥青铺筑按《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）[2]的规定控制。

5 结语

共振碎石化技术是对旧水泥混凝土路面改造的一种新技术。通过共振碎石化施工，不仅解决了旧路面改造的质量问题，还大大缩短了工期，节约了大量路基材料，大幅降低了工程造价。同时，一举解决了碎块垃圾的处理，具有减轻白色污染、低碳环保等优点，特别是交通流量比较大的路段，可解决“封”交通的难题。它是旧水泥混凝土路面翻修改造理想的、值得推广的好方法。

[1]JTJ034-2000，公路路面基层施工技术规范[S].

[2]JTG F40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].