储小颖 王坚
上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，安徽 合肥 230031
摘要：共振碎石化是通过共振原理，使旧水泥混凝土路面与破碎机械产生共振现象，将旧水泥混凝土路面破碎成上层相互嵌挤，下层相互嵌锁的水泥混凝土碎石粒料层。破碎后的碎石形状相邻互补、粒径较小，形成相互嵌挤的稳定结构，解决了原水泥混凝土路面板在裂缝、接缝处的水平及竖向位移，消除了原有板块裂缝向上反射的应力，该层的强度和刚度高于级配碎石，同时对旧路面地基的影响也较小，是解决水泥混凝土路面加铺容易出现反射裂缝问题的有效手段。本文对旧水泥混凝土路面共振碎石化技术的原理、特征及施工工艺进行了探讨，以期该技术在旧水泥混凝土路面改造上得到广泛的应用。
关键词：旧水泥混凝土路面；共振碎石化
0 引言
我国于20世纪20年代末开始在少数大城市的道路和机场跑道上铺筑混凝土路面。50年代，随着水泥工业的发展，在一些大、中城市的干道以及机场跑道上开始大规模铺筑混凝土路面。70年代初以来，某些省份开始在公路干线上铺筑混凝土路面；机场跑道，几乎全部都采用混凝土道面。
水泥混凝土路面是一种刚度较大、扩散荷载应力能力强、稳定性好和使用寿命长的路面结构，它与其他路面相比，具有强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用低、抗滑性能好、利于夜间行车等优点。缺点是水泥和水的需要量大、接缝较多、开放交通较迟、养护修复困难、噪音大、行车舒适性差。
水泥混凝土路面的使用年限一般为20～30年，上世纪修建的水泥混凝土路面，目前大多已到使用年限，出现开裂、错台、脱空等病害。自上世纪80年代，我国开始修建沥青路面，因其路面平整少尘、行驶舒适、噪音小、美观耐用，逐渐成为道路建设中广泛采用的高级路面。近年来，城市道路中老的水泥混凝土路面通过“白+黑”或“白改黑”的方式被改造为沥青混凝土路面，已成为一种趋势。
对于旧水泥混凝土路面，破除重建既消耗人力、财力，还污染环境。遵循环保、节约的原则，充分考虑对旧水泥混凝土路面的利用，成为一个有研究价值的课题。
目前，对旧水泥混凝土路面的利用有病害处治后利用、多锤头碎石化处理后利用、共振碎石化处理后利用等方式。前种方式因旧水泥混凝土板承受荷载产生晃动，在接缝处产生上下相对运动，导致接缝处上面的沥青层产生剪切破坏，同时因旧水泥混凝土板的热胀冷缩效应在接缝处产生横向运动，导致接缝处的沥青加铺层产生拉伸破坏，即出现反射裂缝。多锤头碎石化处理后，要加铺水泥稳定碎石基层和沥青面层，车辆对路面冲击能量主要由沥青面层吸收，小部分由水泥稳定碎石基层吸收，荷载直接传到水泥稳定碎石基层。共振碎石化处理后加铺沥青面层，车辆对路面冲击能量主要由共振结构层吸收，分散了车辆的轮压，降低了原水泥混凝土路面基层的压强。
1 共振碎石化的原理和特征
共振设备的震动头高频振动，激励其下方的水泥混凝土板。当激励频率与水泥混凝土板的固有频率接近并保证振动头足够的下压力时，振动头与水泥混凝土板产生共振，导致水泥混凝土板迅速破碎。
通过共振碎石化处理后的水泥混凝土板形成了一种非常理想的结构层，其顶部约1/4～1/3板厚是碎化层。碎化层不仅弱化了原水泥混凝土板的刚度，与下部的嵌锁层一起吸收车辆的冲击能量，还可将渗入该层的水分渗透出去。
共振碎石化结构层的底部约2/3～3/4板厚是嵌锁层，其特征是碎裂后的水泥混凝土板块与水平方向成约300左右的夹角，上面碎块小，下面碎块大，所有碎块相互嵌挤。这种独特的斜向受力和嵌挤结构 可有效的分散来自车轮的压力，降低了作用在原水泥混凝土路面基层的压强，极大地利用了原水泥混凝土板固有的强度。碎化层与嵌锁层的共振结构属半柔性基层，能有效吸收车辆对沥青砼路面的冲击荷载，提高沥青砼路面的使用寿命。
2 共振碎石化施工工艺
⑴排水
在进行碎石化处理作业前做好排水系统。在路侧开挖排水沟、预埋排水管，将排口设置在路基边缘外或道路上的雨水井。
⑵试振
在正式施工前要在施工路段选择一定长度的区域进行试振，以确定基本施工参数，选择合适的机械设备。如GZL600型全浮动共振破碎机可破水泥板厚度40cm，GPJ3X-6型共振破碎机可破水泥板厚度50cm。
⑶洒水
碎石化作业后要洒水，以碎化层湿透为宜。
⑷碾压
用10T左右的振动压路机对碎化层进行碾压，达到规定的压实度为止。
⑸检测
检测碎化层表面弹性模量和弯沉是否达到要求。
⑹摊铺沥青砼面层。
3 注意事项
实施前应根据老路破损状况等调查结果，对旧水泥混凝土路面进行共振碎石化技术适宜性评价，从路面破损状况、周边设施与构造物及周围环境、经济指标等多方面考虑，决定是否适合采用共振碎石化施工技术。经评价适宜的项目，应制定施工技术方案，并设置试验路段。
共振碎石化作业面距道路两侧构造物和建筑物水平安全距离要求大于10米；如小于10米，应采取措施后作业；小于3米时原则上禁止采用共振碎石化方法。
碎石化过程中如发现病害路基，明显的现象是块径大、表面隆起、鼓包、下陷等，应及时进行处理，一般是开挖换填。
对破板率较高的路段或在破碎作业时出现翻浆的路段，只要不出现表面隆起、鼓包、下陷的情况，无需换填，可正常作业。
因旧水泥混凝土板的水泥、石料配比及性能差别大，导致上部碎化层粒径差异大，只要不出现块径大、表面隆起、鼓包、下陷等现象，对碎化层的粒径不做太多的要求，但应对碎化层的厚度有要求，一般是约1/4～1/3板厚。最主要的控制标准是共振碎石化后的碎化层表面弹性模量和弯沉。
共振碎石化作业中高频振动头距离路边缘的最佳距离是25～30cm，该距离以能将裂缝延伸到排水沟为宜。禁止采用液压锤作为辅助破碎手段将裂缝延伸到排水沟。
共振碎石化后，建议设置10mm~25mm厚的聚合物改性沥青应力吸收层、橡胶沥青应力吸收层，或铺设长纤维无纺聚酯类土工织物等，以防止渗水，加强层间结合。
共振碎石化施工前，应编制交通组织方案，减小施工期间对道路交通的影响。在特殊路段进行破碎作业时，如果车流量大或造成交通拥堵，可在对已破碎的区域进行洒水碾压后临时开放交通，但通行车辆的行驶速度不应超过30km/h。
4 结语
对旧水泥混凝土路面进行碎石化处理，优势在于节能环保，没有弃渣，减轻了白色污染；斜向裂纹及嵌锁结构层最大限度地利用了原水泥混凝土板的强度，强度和刚度高于密实状态的级配碎石；优化了路面结构,可以直接加铺沥青面层，节约了大量基层材料，同时解决了“白改黑”路面易产生反射裂缝的难题；可单车道作业，对交通影响小，施工效率高；作业过程中对原路基强度及周边构筑物不构成危害；施工噪音低、振感小、不扰民。
旧水泥混凝土路面共振碎石化技术在目前大量旧水泥混凝土路面的修复、加铺中有广阔的应有前景。
参考文献：
[1]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,(5).26-32.
[2]《城市旧水泥路面改造工程共振碎石化技术规范》（征求意见稿）（安徽省住房和城乡建设厅 2020.10）
作者简介:
储小颖，安徽岳西人，1973年生，高级工程师。
王 坚 安徽岳西人，1965年生，正高级工程师。