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城市道路改造白改黑施工技术

发表时间：2020/10/29 来源：《基层建设》2020年第21期作者：杨明王松青杨谢生张艺

[导读] 摘要：城市道路“白改黑”施工是今后旧混凝土道路提质改造的重点发展方向，而共振碎石化技术又是“白改黑”施工的关键技术。

        中煤第三建设（集团）有限责任公司市政工程分公司安徽合肥 230000
        摘要：城市道路“白改黑”施工是今后旧混凝土道路提质改造的重点发展方向，而共振碎石化技术又是“白改黑”施工的关键技术。为此，对共振碎石化技术原理进行了详细的分析，并对共振碎石化施工工艺进行了阐述，现场实践表明，整体碎石化效果良好，为今后类似工程提供了重要的参考依据。
        关键词：城市道路；“白改黑”施工；共振碎石化；施工工艺
        1 工程概况
        该项目位于湖南省长沙市经开区，为城市道路路面提质改造工程，道路全长约1.4km，路面宽度22.5m，设计时速40km/h。旧路采用水泥混凝土路面，原路面结构为20cm砼路面+19cm水泥稳定碎石基层。由于道路两侧企业、厂房、仓储及物流公司不断增多，所以交通量和重车混入率也随之不断增大，加之路面结构已接近使用年限，因而砼路面病害严重。根据病害统计，路面病害较多，主要有老砼路面板破损和沉陷、板底脱空。为提高道路服务水平，提升城市形象，将对该段道路旧水泥混凝土路面采用共振碎石化技术进行提质改造。
        2 “白改黑”共振碎石化技术原理
        2.1 共振碎石化破碎机理
        传统上主要采用“羊角碾”震裂、门板式打裂和多锤头破碎等技术对旧水泥砼路面进行破碎，虽然上述技术可有效地破碎混凝土，达到减少沥青加铺层反射裂缝的效果[1]。但是这些方法也对基层或路基造成了较大的破坏，致使建设成本增加，同时又因其震动较大，对周围环境产生不利影响。因此，城市道路“白改黑”路面改造不再适宜使用此类方法。
        因不同的物体具有各自不同的固有频率，而共振碎石化技术恰恰利用这一特征，通过调整自身施力设备激振频率去接近旧水泥混凝土路面的固有频率，从而产生共振响应，使待破碎混凝土路面振幅接近最大并产生最佳激振力，最终使其发生破碎[2]。而路基及其它周边建（构）筑物则属于不同介质，所以不会受到任何破坏。该技术的关键是共振破损设备，主要有电脑终端系统、振动梁和工作锤头组成，在共振设备工作底盘上装有振动梁，梁的末端或中部装有工作锤头，工作锤头与路面接触且设有传感器。路面破损施工时，通过传感器采集旧混凝土路面的固有频率，将其传送给电脑终端系统，并由电脑终端系统调节工作锤头的振动频率，使其与待破碎混凝土路面固有频率趋于一致，进而激发共振，使得混凝土路面发生破碎或上部碎石化。
        2.2 防止反射裂缝机理
        旧混凝土路面经过共振碎石化后完全破碎，上部属于散粒体完全符合公路路面材料的级配要求，且具有较高的抗压、抗剪强度以及不受拉等特点；而下部被振裂但又嵌锁紧密。所以路面碎石化后能吸收和消散温度载荷和行车载荷作用下的大部分应变，从而使应力得以完全释放，彻底消除了反射裂缝[3]。
        2.3 共振碎石化强度形成机理
        旧混凝土路面碎石化后，混凝土板块将产生与路面呈35～40°夹角的裂纹，因作用锤头的冲击合力指向前下方，所以斜向受力和嵌挤结构大大的增加了碎裂后结构的承载力[4]。由上文知路面上部碎石化后，强度降低柔性增加，提高了抗反射裂缝能力。因阻尼作用，共振能量在就混凝土板下传的过程中逐渐降低，所以下部板块的碎石化裂纹要小于上部碎石，进而板体性较好，呈现出良好的嵌锁结构，大大增强了碎石化后结构的承载力。
        3 共振碎石化施工工艺
        该共振破碎化施工工艺流程如下：第一、施工前调查准备工作，主要包括地下地下建（构）筑物调查、管线迁改保护、旧混凝土路面病害调查及标注、隔振沟的开挖以及排水系统的设置；第二、旧混凝土路面病害处治；第三、砼路面共振碎石化施工，先做试验段，确定破碎参数，然后进行碎石化施工，并做好破碎层保护。
        3.1 施工准备
        1、构造物的标记和保护
        施工前，应调查核实现有结构物情况，并在现场做出明确标记。必须在确保这些构造物不会因施工造成损坏前提下，方可进行施工。
        2、地下管线探明与保护
        因地下存在大量重要、危险管道，在共振碎石化施工前，根据管线权属单位要求开挖探坑，探明地下管线的位置，并制定相应的保护方案进行保护。

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        3、道路两侧隔振沟布置
        在共振碎石化前，在道路两侧绿化带内挖探沟（深度0.8m，宽度0.3m），以起到隔振作用。
        5、旧混凝土路面病害调查及标注
        破碎化前要对原有混凝土路面进行病害调查和标注，并根据其病害情况制定与之相应的处治方案。
        6、路面排水系统检查与修复
        在共振碎石化施工前，应仔细检查、疏通或修复原水泥混凝土路面的路表排水和中央分隔带排水系统，并重新按照设计要求砌筑路基边缘碎石盲沟排水系统。
        3.2 旧混凝土路面病害处治
        对原水泥板有脱空的，采用水泥浆液进行注浆。对于错台的，当错台≤1cm时，可采用机器磨平或人工凿平的方法进行处理；当错台＞1cm时，可采用先进行凿平处理，再加铺调平层，或局部翻挖新建的方法进行处理。对于坑洞的处理，采取薄层修补方法进行修补。将坑洞切割深度为6cm以上的槽，并将切割面内的光滑面凿毛。用混凝土拌和物填入槽内，振捣密实，并保持与原混凝土面板齐平。
        3.3 共振碎石化施工
        1、共振碎石化设备选择
        为保证共振碎石化的效果，共振破碎机的关键机具参数应符合下列要求：激振力为8KN~10KN、锤头振动频率为40Hz～55Hz、振幅：10mm～20mm。同时配备自重大于15t的钢轮振动压路机和自重大于10t的轮胎压路机相配合进行碾压，并辅助小型振动压路机用于软弱去补料后的碾压机特殊部位的碾压。
        2、破碎施工
        （1）按照先外侧车道、后内侧车道的顺序进行破碎施工，破碎时应从路拱的低处向高处依次进行破碎。破碎时最好是从混凝土路面的低处向高处破碎，以避免摊铺沥青面层后影响排水。
        （2）每一遍锤头破碎宽度约0.2～0.3m，在破碎一遍后，紧接着破碎第二遍时，第二遍破碎区域间隔应控制在半个锤头宽度以内，严格控制隔行破碎现象。共振碎石化一个车道的过程中，实际破碎宽度应超出一个车道，与相邻车道搭接部分宽度至少15cm。
        （3）碎石层碾压
        破碎层碾压宜按初压、复压、终压三个阶段进行。直线和不设超高的平曲线段，应由两侧路肩开始向路中心碾压；设超高的平曲线段，应由内侧路肩向外侧路肩进行碾压。
        （4）破碎层的保护
        在路面共振碎石化完成后，应及时撒布透层油然后进行沥青路面施工。在沥青层加铺前，一般要求禁止通行与施工无关的车辆，同时还应控制施工车辆通行次数，禁止车辆随意在破碎层上调头、刹车与启动。
        4 效果评价
        共振碎石化后，对破损后的粒径及级配进行检测均符合设计要求。下部破裂层结构，水泥板块产生的裂纹是与路面呈 35～40°夹角，且下部破裂层呈现良好的嵌锁结构，大大增加了破碎后结构的承载力。显然，整体碎石化效果良好，满足设计要求。
        5 结论
        通过分析“白改黑”共振碎石化技术原理，对共振碎石化技术原理有了较为全面的了解；同时对其施工工艺进行了详述，现场实践表明效果良好，为今后类似工程提供了较好的经验参考。
        参考文献
        [1]刘金福.“白改黑”路面改造中共振破碎施工工艺研究[J].公路工程，2014，39(1)：160-164.
        [2]刘金福.共振破碎对水泥混凝土板的力学行为影响[J].重庆交通大学学报，2013，32（5）：938-942.
        [3]徐柱杰，凌建明，黄琴龙.旧水泥混凝土路面共振碎石化效果研究[J].中国公路学报，2008，21(5)：26-32.
        [4]陈喻军，季杰，黄亚琴.旧水泥路面共振碎石化应用研究[J].公路交通科技，2016，10：116-118.
        作者简介：杨明(1983-)，男，安徽濉溪人，工程师，工学博士，研究方向：市政工程科研、施工及管理工作。