水泥混凝土路面大修时采用共振碎石化工艺如何更好地进行路面改造？(上)

2017-02-15

1.前言

自20世纪90年代以来，由于水泥混凝土路面具有强度高、设计年限长等优点，我国混凝土路面发展极其迅速。随着通车里程的逐年增长，旧混凝土路面也越来越多，早期建成的水泥路面也要接近设计年限。近几十年，我国经济快速增长，交通流量及交通轴载逐年增长，旧砼路面也出现了各种结构性的损坏，进而导致路面板块断板、错台严重，路面平整度差，行车噪音大，行车舒适度差，道路的通行能力及服务水平下降。同时损坏的路面扬尘率非常高，不利环保。

然而，沥青混凝土路面却具有表面平整、行车舒适、噪音小、耐磨等特点。上海市正在逐步对水泥路面改造为沥青路面。目前，水泥路面改造为沥青路面的方式主要有两类：一种是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土面层，即"白加黑"；另一种是对旧水泥混凝土翻挖改建，即"白改黑"。"白改黑"不仅造价高、噪音大、翻挖产生的废料多，不低碳不环保，故一般情况下，不提倡采用，尽可能首先考虑"白加黑"方案。

实践证明，"白加黑"方案的大也是根本的问题是反射裂缝。因为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所造成的，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中产生应力集中，导致反射裂缝的产生。

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进行考虑。

水泥板块共振碎石化工艺是为了消除应力集中、防止反射裂缝的有效的措施之一。

碎石化处理作为混凝土路面改建的一种方法，是过去20年间发展起来的一项新技术。美国迄今为止已有一多半的州做了总共大约300个碎石化处理的项目，目前仍在不断研究和总结经验中。中国在2003年山东省首先引进此项技术，其后浙江、江苏、安徽等省份均采用过此技术进行水泥路面改造。上海在2005年沪青平公路上进行过500m的试验段，2006年金山大道改建采用了此项技术，2007年沪南公路改建部分采用了此项技术。经过以上项目的实际经验，共振碎石化可有效延缓反射裂缝；且施工工期大大缩短。因此，闵行区也在逐步推行共振碎石化工艺。作为闵行区公路养护、维修及管理单位，有必要对碎石化工艺的应用进行分析研究，总结经验，为今后类似工程的顺利进行打下基础。

2. 共振碎石化作用机理

共振碎石化的工作原理是利用共振设备持续产生高频低幅的振动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块里，作用于水泥板块内部的高频振动力使得板块整体碎裂均匀，碎块大小和方向极其规律。而且里面的钢筋也与混凝土之间完全剥离。与重锤将水泥板块"打断"的冲击作用不同。共振碎石机动量高，和板块接触时间短，是将水泥板块表面的"裂纹"瞬间均匀地"扩展"到板块底部，不会破坏基层结构。水泥板块产生的裂纹是与路面呈35°〜40°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力。由于高频低幅振动产生的冲击力很小，而且裂纹只扩展到材料边界，所以该技术对基层没有任何损害。

混凝土面板共振破碎后，相互齿合嵌挤，可看成是两层，上层为细颗粒的碎石层，下层为板体形较好但有许多裂缝的破裂层。水泥板块破碎后，类似于碎石，故作为道路的柔性基层，再在其上加铺沥青面层。按照美国的经验无须另外加铺基层，可以直接加铺沥青面层，但沥青层的厚度少应在15cm以上，否则可能会出现强度不够而引起面层破坏。

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，桥涵两侧少预留10m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。

1）路面较宽（四车道及其以上）。

2）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。

3）无中分带的路面左右幅相连，无伸缩空间。

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