余德成 虞聪聪
宁波市城建设计研究院有限公司 浙江宁波 315000
摘要：近年来，随着社会经济快速发展，各种新技术、新设备的不断涌现，道路建设水平有效提高。目前来看，老城区水泥砼路“白改黑”项目越来越多，建设者们需加强对新工艺的了解，比选新工艺优势、适用条件及其他控制要素，合理选择最优方案。鉴于此，本文就以某城市主干道水泥砼路面“白改黑”工程为例，针对其在旧水泥砼路面中采用共振碎石化技术的应用，展开分析、探究，希望为基建事业蓬勃发展献绵薄之力。
关键词：水泥砼路面；共振碎石化；路面抬升；
引言：新时期，道路建设工作应当与时俱进，积极引入新的理念和技术，施工机械上创新，以便适应社会的发展，满足道路建设的需求。作为相关设计人员，应对新技术予以必要的重视，加大对新施工技术的研究和应用力度，以便在提高建设效率和施工质量。本文就城市水泥砼路面改造中共振碎石化技术的应用进行研究，希望给类似工程提供借鉴意义。
1、城市主干道综合整治工程概况
某主干道为双线六车道，断面为“两块板”形式，原一级公路标准建设，90年代竣工通车，取芯后老路结构如下：20cm砼板块，40cm松散碎石（含黏性土），80cm塘渣，其下均为原状土层，主车道内未敷设管道，两侧规划各27m绿化带，路面标高抬升条件好。此次“白改黑”改造工程全长为3.9km，从现场调查结果来看，旧水泥砼路面存在多种病害，如断板、角隅断裂、纵向贯穿裂缝多等特点。针对此种路况，经过对旧水泥砼路面的板块弯沉检测统计如下；
本次共对4552块水泥混凝土板块进行弯沉测试，根据测试结果，水泥混凝土板块弯沉状况总体较好，具体情况如下：
①弯沉状况为优（D≤0.20mm）的板块计3857块，占板块总数的84.7%。
②弯沉状况为良（0.20 mm＜D≤0.45 mm）的板块计668块，占板块总数的14.7%。
③弯沉状况为中等（0.45 mm＜D≤0.70mm）的板块计22块，占板块总数的0.5%。
④弯沉状况为差（D＞0.70mm）
结合检测结果，多次比选“白+黑”、“挖除新建”工艺的优缺点后，考虑工程的环境影响、工程环保、施工噪音、后期养护、建设工期等因素，最终确定采用共振碎石化技术对路面予以改造。
2、共振碎石化技术概述
碎化的目的：就是通过破碎将旧板块由刚性层转化为柔性层，并消除原水泥砼板块碎裂后的反射裂纹，再通过加铺同步碎石封层、ATB基层、沥青面层的改造，路基各层弹性模量满足上强下弱，避免结构失效。共振碎石化不是对路面进行简单的破碎，一旦破碎的粒径过大或是不规则，反射裂缝将无可避免；一旦破碎后的粒径不能相互嵌锁或过小，那么结构承载力将会大大降低。
在水泥砼路面破碎作业中，共振碎石化工艺较为常用，对加铺层中可能产生的反射裂缝予以有效消除。在破碎后的结构层上再进行加铺，不仅能避免反射裂缝的出现，还能消除差异沉降。
共振碎石化技术原理：水泥砼路面与共振破碎机工作锤头在接触后会产生振动，其上安装的传感器能够对路面的振动频率予以感应，并能将这些信号及时的反馈给控制主机。主机根据接收来的反馈信号，对锤头的振动频率进行自动调整，以便使其与水泥砼板块固有自振频率保持一致，进而形成共振，确保旧砼面板能够在短时间内破碎。混凝土路面进行碎石化处理后颗粒互相啮合嵌挤，水平多与裂缝呈现42°—46°的夹角，也就破裂沿着最大剪切面走向，其主要目的就在于对反射裂缝产生的可能性予以消除。相比于垂直面破裂，这种角度破裂获得的模量会更多，其荷载将会向更大的区域分散，斜向的嵌锁结构保证更大的路面模量。值得一提的是，低幅高频的共振冲击破碎不会将混凝土碎块挤压进基层。混凝土路面在经过共振破碎后，其基层基本上和破碎前一样平整，并且底基层及基层的结构的承载力不会降低，完整性也能得以保留。
3、共振破碎设备介绍
共振碎石化是美国共振技术公司，80年代底推出共振碎石化技术,本次采用进口设备，进行现场试验段，设备为美国共振机械公司RMI安迈RB-500，功率为257~442kW，工作频率为42-46Hz，破碎锤头200~300 mm，破碎头以高频低幅（工作振幅20 mm）敲击混凝土路面通过现场试验段测试并钻孔连续取芯并开挖至少2个坑（大约1m宽、2m长），以检验剖面的实际破碎效果。
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4、共振碎石化施工技术简介
4.1 施工工艺流程
旧水泥砼路面共振碎石化技术的施工内容主要包括有排水系统设置、旧砼面层清理和保护、共振碎石化施工、碎石封层、ATB基层、沥青面层等加铺等，其具体施工工艺流程，可见图1。
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图1：旧水泥砼路面共振碎石化施工工艺流程图
4.2 技术要点
4.2.1 设置排水系统
在开展共振碎石化施工之前，应先进行排水系统设置好，以便道路基层能够维持在一个干燥状态，使破碎效果得以保证。
4.2.2 现场管线、箱涵等地下调查工作
破碎施工前，设计应尽可能收集地下管网资料，并调查隐蔽构造物如涵洞等。施工单位应根据资料与管线产权单位，现场复核管位，做好标记，并确认共振破碎是否对这些构造物造成损坏。一般构造物埋深超过1.2m以上，不会由于共振带来很大影响。在不满足埋深条件的，可以降低锤头高度对水泥混凝土路面进行打裂，或采用可行的其他方案。
4.2.3 清除旧路面沥青修补层
旧水泥砼路面上的局部沥青修补层会在缓冲共振时一部分能量，这将会使共振设备的工作效率降低。为了对这种问题予以有效解决，施工人员需要在开展施工之前，对旧路面沥青修补层进行彻底清除。
4.2.3 试验段
在开展共振碎石化施工作业之前，建议有代表性的路段选择长度不小于100~200m、宽4m（或最少一个车道）的路面作为试验段。并通过样洞开挖的方法来对破碎效果予以检查，以便使破碎机的相关施工参数和施工组织的合理性得以保证，从而为后续大面积开展共振碎石化作业提供必要的经验参考和数据支撑。在本工程中，应按照 44~45 Hz 频率对共振碎石化试验锤头予以控制。从样洞的检测结果来看，上层为碎石层，碎石尺寸级配良好；下层板体完好，发现明显的斜裂缝互相啮合嵌挤的破裂层。同时，基层的完整性得以保存，并通过弯沉数据复核，实现了预期的设计目标。
4.2.4 共振碎石化
在应用共振碎石化技术的过程中，建议从水泥砼路面边缘向中间开展破碎作业，每隔20cm宽应进行往返破碎。如果车道进行了纵向切割，可按照“由中向边”的顺序进行破碎，从纵向板缝处开始进行共振碎石化，以便应力横向依次释放，相邻车道破碎搭接应≥15cm。
4.2.5 碾压
在碾压之前，应在路面进行适量洒水。这样做的目的，是为了让碎石化后路面上有一层水膜覆盖，使其发挥润滑作用，便于碎石的嵌挤运动更好的进行下去，从而使路面压实度得到进一步提高。在碾压过程中，应遵循“从边到中、由低往高、先静后振、高频低幅”的原则。
碎石化施工结束后，先用Z型压路机碾压3～5遍，然后用振动压路机碾压2～3遍，最后用光轮压路机碾压1～2遍。
4.2.6 碎石封层+ATB基层
刚破碎后的水泥混凝土路面不得开放交通，在水泥砼破碎、碎石封层、摊铺ATB柔性之间的最长间隔时间不超过48小时并确保路面不受污染。
5、加铺层结构设计
根据多层弹性连续体系理论，在碎石化层上进行沥青层的加铺后，其回弹模量应对以下要求予以满足：E加铺层＞ E共振碎石化层＞ E原道路基层＞ E原土路基。只有这样，才能在确保路面结构受力均衡的同时，进一步延长道路的使用寿命。在此工程中，加铺层结构设计如下： 4cm改性沥青玛蹄脂碎石混合料（SMA-13）+5cm中粒式改性沥青混凝土（AC-20C）+7cm粗粒式普通沥青混凝土（AC-25C）+≥10cm沥青稳定碎石基层ATB-30（兼找平层）+同步碎石封层+旧水泥砼路面共振碎石化。加铺层最薄点的总厚度≥26cm，由于改路道路中的纵坡需要重新设计，且保证加铺最小厚度，结合新建车道2%的横坡，建成后道路中心标高基本抬升40cm，新路面标高有效降低暴雨积水无法通车的风险。
结束语：
综上所述，本文以某城市主干道“白改黑”为例，对共振碎石化技术在旧水泥砼路面中的应用进行研究。工程实践证明，通过对此技术的合理应用，不仅能使基层结构的承载力和完整性得以保证，还能有效避免传统“白改黑”施工中沥青加铺层反射裂缝的出现，延长道路的使用寿命。因此，作为道路设计人员，应予以高度重视，并加大共振碎石化技术的研究和应用力度，以便能为道路“白改黑”设计水平的提升作出更大贡献。
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