旧水泥路面共振碎石化技术的应用

姜献东

（扬州工业职业技术学院建筑工程学院，江苏扬州 225127）

旧水泥路面共振碎石化技术的应用

姜献东

（扬州工业职业技术学院建筑工程学院，江苏扬州 225127）

针对旧水泥混凝土路面改造出现反射裂缝的问题，以YL路旧水泥路面改造工程为依托，调查研究水泥路面损坏状况，提出3个不同改造方案：直接加铺AC（沥青混凝土）；多锤头破碎后加铺水稳层和AC；共振碎石后加铺AC。从技术、费用、社会效益等多个角度进行对比分析，结果表明：共振碎石化技术具有施工质量佳、工期短、造价低以及社会效益好等特点。

旧水泥混凝土路面；反射裂缝；共振碎石化；路面施工

0 引 言

由于交通量增长迅速，中国国道、省道、干线公路普遍采用的水泥混凝土路面出现断板、错板、裂缝、剥落、坑洞等损害，常需要进行路面改造或修复。目前的水泥混凝土路面改造主要有2种方式：一种是“白加白”，对旧水泥混凝土路面面层拉毛处理后加铺一层水泥混凝土［1⁃2］；另一种是“白加黑”，把旧路面经过注浆等工艺处理后作为下卧层，再加铺沥青混凝土或者橡胶沥青混凝土。但是，这2种路面改造修复方式的最大问题都是反射裂缝［3⁃4］。

实际工程中有多种措施防治水泥混凝土路面的反射裂缝，如在两层之间设置橡胶沥青、土工织物，但都增加成本，且时间一长效果并不理想。为了能够根治路面反射裂缝，有学者提出采用共振设备对旧水泥混凝土面板进行破碎碾压作为基层，然后再加铺沥青混凝土的方法［5⁃6］。与旧路面重建相比，水泥混凝土路面破碎后可直接作为路面基层，省去了基层的建造费用，同时也避免了环境污染，作业速度快，不扰民［7⁃9］。

2004年3月RMI公司在中国公路第二届科技创新高层论坛上做专题报告，介绍了共振碎石化技术。2005年，上海公路管理处联合同济大学、上海市兰德公路公司，依托新卫公路、金山大道、泸青平公路3条试验路段，对共振碎石化技术的施工工艺与质量控制等方面进行研究。夏红余以福州市东二环改造工程为背景进行试验段研究，结果表明，碎石化技术能够有效防止反射裂缝，同时缩短改造工期［10］。刘亚琳［11］以湖南长张高速公路改造工程为研究对象，通过对旧水泥路面注浆处治后直接加铺沥青混凝土和碎石化后加铺沥青层2种方法进行对比，认为碎石化技术防治反射裂缝的效果更优。

本文针对旧水泥混凝土路面改造问题，结合YL路旧水泥路面改造工程，提出3个不同改造方案，从技术、成本、社会效益以及综合费用等多个角度进行对比，以期总结出一种较为理想的改造方案，促进共振碎石化技术的推广应用。

1 试验路工程概况

YL路改造工程位于扬州城北部，南起扬州迎宾馆前长春路交叉口，北至扬州西绕城高速的槐泗互通出入口处平交口，全长7Ʊ01 km，路面标高呈中间高、南北低的趋势（北边比南边相对较高）。

根据勘探揭示并结合区域地质资料、岩土层的时代、沉积先后顺序及颗粒粗细，在勘探深度内共划分3个工程地质层，每个沉积层依据土质状态、颜色又分为多个亚层，如表1所示。

表1 路基土层分层及物理、力学性质指标

调查YL路路面病害部位，并以路面状况指数（PCI）为指标进行分析评价，结果见表2。

2 碎石化的破碎机理

共振碎石化技术的原理在于通过使共振设备产生的振动频率与旧水泥混凝土板自身的固有频率相同而产生共振，将旧混凝土板破碎成小的颗粒，然后加铺沥青混凝土。目前该技术能最彻底地解决路面反射裂缝问题［12⁃14］，与其他工法相比，其特点在于施工简单、工期短、噪声小、绿色环保。

表2 路面病害分析评价

水泥混凝土面板的自由振动频率可按薄板振动方程求解，边界条件与面板的破裂状况有关。当面板又有横向裂缝又有纵向裂缝时，可视为四边简支。

四边简支时，面板的自由振动频率

式中：a、b分别为面板的长度和宽度；m、n为振动频率的阶数；D为面板抗弯刚度；ρ、h分别为面板的密度和厚度。

则面板抗弯刚度

式中：E、μ分别为面板的回弹模量和泊松比。

3 方案比较

3．1 技术比较

YL路改造工程确定路面改造方法为“白改黑”，并结合典型工程采用的工艺，提出了3种方案：直接加铺AC（沥青混凝土）；多锤头破碎后铺水稳层，再铺AC；共振碎石后加铺AC。

（1）直接加铺AC的方案经过省内外多条公路的实践，已经证明效果较差［15⁃17］。因为原水泥混凝土板是刚性结构，极易产生脆性破坏，造成沥青柔性结构层的反射裂缝。不管采取何种材料和路面结构，该方案都不能根治反射裂缝，最多延缓裂缝的产生，为后期维护和大修带来极大的麻烦。

（2）多锤头破碎后铺水稳层和AC的方案是将800 kg的重锤提升到1Ʊ2～1Ʊ5 m的高度，利用强击振力将水泥混凝土板破碎成不规则的大块。其工程质量的控制极难掌握，仍然有可能产生反射裂缝；同时，多锤头破碎会击碎原路面基层，破坏原有路面结构的稳定性，容易产生新的病害［18］。

（3）共振碎石后加铺AC的方案是通过共振碎石技术将原路面有规律地击碎，由于共振后的水泥板是上下分层结构，上部碎石能有效隔绝反射裂缝，下部大料嵌锁，保证了结构强度［19⁃21］。这种方案既理想又经济，但共振碎石后的结构是介于半刚性基层和柔性基层中间的一种结构，所以要设计好沥青面层，使其既不产生反射裂缝，也不发生疲劳破坏。

综合考虑YL路的老路状况、投资规模、交通组织、施工周期等方面，推荐采取第3种方案。共振碎石工艺不仅优化了路面结构，变刚性面层为半柔半刚的基层，根治了“白改黑”结构产生反射裂缝的难题，解决了旧路面改造的质量问题；又能够作为路面基层直接使用，并与沥青面层摊铺同时流水作业，大大缩短了工期，减少了通行费损失。另一方面，该方案节约了大量基层水稳材料，大幅度降低了工程造价，解决了水泥混凝土碎块垃圾的处理，完全符合业主“保证质量、节省费用”的要求。

3．2 成本比较

3．2．1 直接费用

查阅扬州本地造价信息，对3种改造方案的直接费用进行计算比较，结果如表3所示。

表3 直接费用比较元·m－2

3．2．2 间接费用

（1）拌和设备及拌和场建设。多锤头破碎后铺水稳层和AC的方案需2套水泥稳定碎石和沥青混凝土拌和、摊铺施工设备，同时需要2处拌和场，拌和场建设费用按500万元计；而共振碎石后加铺沥青和直接加铺沥青面层方案，只需1套沥青混合料的拌和与摊铺设备，按此计算YL路改造可节约近500万元。

（2）施工工艺与施工组织。多锤头破碎后铺水稳层和AC的方案使用2种材料、2套设备，施工工序多、工艺复杂，对技术人员要求高；需要开辟多个施工工作面，对施工组织、材料供应、交通管理造成较大的困难，容易出现窝工，影响工期。

（3）工期。多锤头破碎后铺水稳层和AC的方案由于铺筑水泥混凝土或水稳层需要7 d以上的养生周期，无法流水作业，下道工序只能按部就班地等上道工序完工才能开始施工，施工速度慢，且目前YL公路改造安排工期6个月，时间紧张。

直接加铺方案由于在加铺前需要对旧水泥板进行压浆、换板、裂缝处治等，并铺设土工合成材料防裂层或应力吸收层，相应的准备周期依然很长，但总工期可节省1个月。

共振加铺方案中共振碎石和沥青加铺可同时流水作业，施工进度快，正常情况下共振碎石和沥青面层施工一天可完成半幅施工500 m以上，总工期可以节约2个月左右。

3．3 社会效益

对已投入使用的公路，如果采用半幅双向通行方式进行施工，将对人们的出行和运输造成极大影响：轻则车辆大量拥堵，产生环境污染，出行成本提高，时间浪费严重；重则不断引发交通事故，给人民群众的生命财产安全带来极大的隐患。

采用水泥路面共振碎石技术施工，只要能将来往车辆速度控制在40 km·h－1内，就不会冲击共振碎石下部的嵌锁层，从而保证碎石基层的强度；同时在通行车辆的胶轮碾压下，碎石上部细粒层形成板结体，提升了回弹模量，更有利于上基层的稳定。所以，可以开放交通进行共振施工；同时，碎石层压实后即可直接加铺沥青面层，大大缩短了施工周期。

3．4 综合费用

对3种改造方案的综合费用进行计算比较，结果如表4所示。

表4 综合费用对比

4 结 语

（1）共振碎石工艺不仅优化了路面结构，变刚性面层为半柔半刚的上基层，根治了“白改黑”结构中的反射裂缝难题，解决了旧路面改造的质量问题；又能够作为路面基层直接使用，并与沥青面层摊铺同时流水作业，大大缩短了工期。

（2）共振碎石后加铺AC的方案可缩短工期，减少通行费损失；同时节约了大量水稳基层材料，大幅降低了工程造价和日后的维护成本，一举解决了碎块垃圾的处理问题，有利于减轻白色污染，是旧水泥混凝土路面翻修改造的理想方法，完全符合业主“保证质量、节省费用”的要求。

（3）传统的旧水泥路面改造方式对人们的出行和交通运输造成极大的影响。采用水泥路面共振碎石技术施工，只要能将来往车辆的速度控制在40 km·h－1内，就不会冲击共振碎石下部的嵌锁层，可以开放交通进行施工。

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［责任编辑：高 甜］

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Study on Application of Resonant Crushing Technology in Existing Cement Concrete Pavement

JIANG Xian⁃dong
（School of Architecture，Yangzhou Polytechnic Institute，Yangzhou 225127，Jiangsu，China）

In view of the problem of reflective cracks in the reconstruction of existing cement concrete pavement，the reconstruction project of YL Road was taken to investigate the damage condition of its cement concrete pavement．Three different transformation programs were put forward，including the direct overlay with asphalt concrete，crushing with multi⁃head hammer and paving cement stabilized macadam and then asphalt concrete，and applying resonant crushing technology and placing asphalt concrete afterward．A comparison was conducted in aspects of technical advantages，costs and social benefits，and the results show that the resonant crushing technology is characterized by good construction quality，short construction period and substantial social benefits．

existing cement concrete pavement；reflective crack；resonantcrushing；pavementconstruc⁃tion

U418．4

B

1000⁃033X（2017）08⁃0098⁃04

2016⁃12⁃24

扬州市科技计划项目（YZ2016092）；江苏省高校自然科学研究面上项目（16KJB560024）作者简介：姜献东（1979⁃），男，江苏扬州人，硕士，讲师，研究方向为道路工程。