水泥混凝土路面大修時采用共振碎石化工藝如何更好地進行路面改造？(上)

2017-02-15

1.前言

自20世紀90年代以來，由于水泥混凝土路面具有強度高、設計年限長等優點，我國混凝土路面發展極其迅速。隨著通車里程的逐年增長，舊混凝土路面也越來越多，早期建成的水泥路面也要接近設計年限。近幾十年，我國經濟快速增長，交通流量及交通軸載逐年增長，舊砼路面也出現了各種結構性的損壞，進而導致路面板塊斷板、錯臺嚴重，路面平整度差，行車噪音大，行車舒適度差，道路的通行能力及服務水平下降。同時損壞的路面揚塵率非常高，不利環保。

然而，瀝青混凝土路面卻具有表面平整、行車舒適、噪音小、耐磨等特點。上海市正在逐步對水泥路面改造為瀝青路面。目前，水泥路面改造為瀝青路面的方式主要有兩類：一種是在舊水泥混凝土路面上加鋪瀝青混凝土面層，即"白加黑"；另一種是對舊水泥混凝土翻挖改建，即"白改黑"。"白改黑"不僅造價高、噪音大、翻挖產生的廢料多，不低碳不環保，故一般情況下，不提倡采用，盡可能首先考慮"白加黑"方案。

實踐證明，"白加黑"方案的大也是根本的問題是反射裂縫。因為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所造成的，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中產生應力集中，導致反射裂縫的產生。

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進行考慮。

水泥板塊共振碎石化工藝是為了消除應力集中、防止反射裂縫的有效的措施之一。

碎石化處理作為混凝土路面改建的一種方法，是過去20年間發展起來的一項新技術。美國迄今為止已有一多半的州做了總共大約300個碎石化處理的項目，目前仍在不斷研究和總結經驗中。中國在2003年山東省首先引進此項技術，其后浙江、江蘇、安徽等省份均采用過此技術進行水泥路面改造。上海在2005年滬青平公路上進行過500m的試驗段，2006年金山大道改建采用了此項技術，2007年滬南公路改建部分采用了此項技術。經過以上項目的實際經驗，共振碎石化可有效延緩反射裂縫；且施工工期大大縮短。因此，閔行區也在逐步推行共振碎石化工藝。作為閔行區公路養護、維修及管理單位，有必要對碎石化工藝的應用進行分析研究，總結經驗，為今后類似工程的順利進行打下基礎。

2. 共振碎石化作用機理

共振碎石化的工作原理是利用共振設備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塊里，作用于水泥板塊內部的高頻振動力使得板塊整體碎裂均勻，碎塊大小和方向極其規律。而且里面的鋼筋也與混凝土之間完全剝離。與重錘將水泥板塊"打斷"的沖擊作用不同。共振碎石機動量高，和板塊接觸時間短，是將水泥板塊表面的"裂紋"瞬間均勻地"擴展"到板塊底部，不會破壞基層結構。水泥板塊產生的裂紋是與路面呈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力。由于高頻低幅振動產生的沖擊力很小，而且裂紋只擴展到材料邊界，所以該技術對基層沒有任何損害。

混凝土面板共振破碎后，相互齒合嵌擠，可看成是兩層，上層為細顆粒的碎石層，下層為板體形較好但有許多裂縫的破裂層。水泥板塊破碎后，類似于碎石，故作為道路的柔性基層，再在其上加鋪瀝青面層。按照美國的經驗無須另外加鋪基層，可以直接加鋪瀝青面層，但瀝青層的厚度少應在15cm以上，否則可能會出現強度不夠而引起面層破壞。

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，橋涵兩側少預留10m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。

1）路面較寬（四車道及其以上）。

2）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。

3）無中分帶的路面左右幅相連，無伸縮空間。

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