高速公路水泥路面改造工程共振机械碎石化 施工技术与应用.doc

高速公路水泥路面改造工程共振机械碎石化施工技术与应用 摘要：共振机械碎石化技术原理通过对水泥混凝土路面进行均匀地冲击、破碎、压实，在损失一部分结构强度和整体性的情况下，把水泥混凝土路面在温度、湿度变化和荷载作用下的位移降低到沥青混凝土面层可以允许的范围内，从而彻底解决反射裂缝，为加铺沥青混凝土路面提供坚实、安全的基础本文以石太高速公路旧水泥混凝土路面改造为依托，对共振碎石化施工工艺和施工质量控制要点进行阐述在进行正式破碎之前，进行了试验段及承载板试验，以确保水泥碎石化顶面的回弹模量满足要求Abstract: The working principal of rubblization through resonant technology is to break and compact the concrete pavement uniformly, to reduce the displacements of the broken PCC caused by the temperature or moisture change, or by traffic loads within a tolerable range for the asphalt overlay under the condition of loss of certain structural strength and the total integrity of the pavement, thus to eliminate the reflective cracks completely and to create a sound and safe base layer for further asphalt paving. This article describes the key points for the process and construction control of rubblization based on the practice of concrete pavement rehabilitation of Shi-Tai Expressway. Testing section followed by bearing load test have been carried out before breaking, in order to guarantee that the elastic modulus of the top layer of the broken PCC meet the demands. 关键词：道路工程（road engineering） 水泥路面改造 (concrete pavement rehabilitation) 试验及检测 (experiment and testing)共振机械破碎 (resonant breaking)施工 (construction)1 共振机械碎石化技术简介共振机械（RPB）碎石化技术主要用在板块完整性及结构性较差的旧水泥混凝土路面破除中。

共振碎石化机产生高频低幅的振动能量，振动能量传递到水泥混凝土板并被水泥板吸收共振碎石机上装配有传感器，可以通过机载电脑自动调节碎石化锤头的振动频率，使锤头与水泥板产生共振，并使旧路水泥板迅速产生破裂破碎后的旧水泥混凝土结构层用来作为新路面结构层的基层，该层的力学特性接近于柔性基层，其抗变形能力优于一般高品质的密级配级配碎石［1］经过共振碎石化破碎以后，水泥板块表层粒径较小，且松散；下层粒径较大，嵌锁良好［2］碎石化表面层50mm颗粒较小，透水性好，有助于路面渗水的横向排出，并有利于消除反射裂缝；下部较大的颗粒在碎石化过程中体积并未发生膨胀，这种特点有助于提高路基的承载能力，阻止渗水向下渗透［3，4］共振碎石化技术在国外如美国、加拿大、乌克兰、智利、俄罗斯等国家均有应用在美国，包括密歇根和伊利诺伊州在内的许多州都使用这种技术，一些州的州交通部还制定了共振碎石化的规范这种技术在美国不仅用于旧水泥路面板的破碎，还广泛应用于水泥混凝土机场道面的破碎［5］在中国，这种技术尚未得到大规模的应用已有的应用包括上海市沪青公路和金山大道，104国道及35省道临石线，新卫公路，沈砖公路，浙江省21省道龙葛线等。

2 共振破碎的特点（1）破碎后的碎石尺寸理想、均匀振动在混凝土中存在衰减梯度，从而使上部的破碎粒度较小，下部破碎粒度较大破碎后的碎石块在2-32cm之间这种破碎的好处是：上部4-6cm的碎石层可更好的消除反射裂缝，并有利于路面渗水的横向排除；下部较大的碎石板块保留了旧混凝土板的承载能力，同时可以阻止渗水向下渗透破碎后的碎石纹路规则排列，并与路面形成35°-40°夹角这一夹角可使碎石块之间相互嵌合，经压实后相互咬合的更紧，从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用2）破碎深度可控制，避免冲击路面基层共振式破碎机可以通过调节振动频率和振幅来控制破碎深度破碎机以接近混凝土的固有频率振动，在发生共振的瞬间，锤头向前移动，因此垂直向下的冲击力很小此外，由于路基材料和混凝土面板材料存在较大差异，所以路基不会与混凝土面板产生共振，这就避免了对路基的冲击，保持了原有路基的平整度和密实度(如图1所示)路面基层不受冲击，路基下的管线设施也就不会受到影响图1 共振碎石化过程示意图（3）可使钢筋混凝土中的钢筋完全与混凝土剥离共振破碎技术使振动发生在水泥板块内部，对钢筋混凝土而言，由于钢筋的固有频率与水泥混凝土有异，从而使钢筋混凝土很容易与水泥碎块完全剥离。

4）振动影响小，施工适应范围大共振破碎设备产生高频低幅的振动，设备的工作头与局部水泥板块之间产生共振，振动波衰减很快，传递范围很小，一般不会影响到施工点附近2-3米外的构件5）施工效率高共振碎石化施工程序简单，生产率可达8360m2/天，每天可完成2km左右长度的路面破碎，可大大提高路面维修效率6）具有良好的经济与环境效益共振破碎后的水泥板用作新路面结构的基层，因此不产生建筑废料，且对反射裂缝的减缓作用在一定程度上延长了路面的使用寿命，提高了路面在寿命周期内的服务水平此外，共振破碎的振幅较小，因此锤头与路面共振破碎产生的噪音较低，由于其工作点窄，可单车道施工，不用完全封闭交通，对交通干扰小，是一种环境友好型的破碎技术3 施工工艺流程石太高速公路旧路路面结构为：25cm水泥混凝土面板+18 cm二灰碎石+15cm石灰土，其路面主要病害包括交叉破裂、破碎板、横向和纵向裂缝、唧泥和底板脱空、沉陷等使用美国共振机器公司（Resonant Machines Inc）的RB500系列共振破碎机进行路面碎石化处理并加铺沥青路面结构施工工艺流程如下图所示： ·构造物标记·设置排水设施、挖除土路肩·严重病害部位的处理·清除沥青混合料贴补材料、铣刨旧水泥混凝土微表处·设置测量控制点·顺接过渡段铣刨混凝土面板处置·透层或防水封层施工废弃材料清除顺接过渡段挖除混凝土面板处置挖补破碎过程中发现的深陷、松散基层、底基层破碎水泥混凝土路面破碎后水泥混凝土碾压检测路面弯沉摊铺面层沥青混合料顺接过渡段底层沥青混合料摊铺碎石化后加铺沥青面层前表面整平交通管制图2　路面碎石化施工工艺流程图4 路面碎石化前预处理⑴ 交通管制及分流在碎石化施工前制定交通管制及分流方案，以满足通车及施工要求。

破碎实施过程中及完成后，碎石化层顶面不允许任何车辆通行应实行严格的交通管制，以防止车轮推挤破坏碎石化效果⑵ 铣刨旧路面微表处，清除沥青混合料贴补材料路面碎石化施工前，应对旧水泥混凝土板块上的沥青表面修补材料进行清除，否则会直接影响碎石化质量本项目旧水泥板面板上有一层沥青微表处，碎石化前用铣刨机进行了铣刨⑶ 排水系统设置路面碎石化处理前，应将土路肩挖除至混凝土路面底层同一高度或以下，以使渗入碎石化结构层的水能从侧向排出⑷ 严重病害部位的处理在路面破碎之前应对出现软弱沉陷、松散基层等严重病害的部位进行修复处理在修复时，首先对出现病害处的混凝土路面进行清除，之后对基层或路基进行检查处理，最后用贫混凝土材料对开挖处进行浇注⑸ 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的前提下，方可进行施工⑹ 设置高程控制点在有代表性路段设置高程控制点，以便在施工中监测高程的变化开工前，应对路面高程及设计高程进行复核，必要时，应根据高程变化情况对路面设计高程进行调整5 试验段及承载板试验⑴ 试振为了确保共振破碎的质量，保证破碎后的水泥混凝土颗粒的粒径和强度符合要求，实施共振破碎以前必须进行破碎试振。

试振后开挖试坑，检查破碎粒径的分布情况及均匀程度，并确定设备参数① 试验段：在路面碎石化施工正式开始之前，应根据路况，在有代表性的路段选择宽4m（或一个车道）的路面作为试验段根据经验逐级调整破碎参数对路面进行破碎目测破碎效果，当碎石化后的路表呈鳞片状时，表明碎石化的效果能满足规定要求，记录此时采用的破碎参数本次施工的试验路段长度为20-30m，宽度为1个车道试验位置为现场确认的有代表性的路段，包括桥头搭板以外、微表处完好处以及面板完好与破损共同存在处② 试坑：为了确保路面被破碎成规定的尺寸，在试验段内随机选取2个独立的位置开挖1m2的试坑，试坑的选择应避开有横向接缝或工作缝的位置试坑应开挖至基层，以在全深度范围内检查碎石化后的颗粒是否在规定的粒径范围内如果破碎的混凝土路面粒径没有达到要求，那么应高速设备控制参数，并相应增加试验段循环上一过程，直至混凝土路面粒径满足要求，并记录此时的碎石化参数备查在正常碎石化施工过程中，应根据路面实际状况对破碎参数不断做出微小调整当需要对参数作出较大调整时，应通知监理工程师应当特别注意的是，试验段开始破碎的前10m和结束破碎前5m，指标的检测不能安排在这一区域进行。

试验完成以后，使用C40水泥混凝土对试验段进行回填⑵ 试验过程①石太高速水泥混凝土路面破碎实验段一：不清除沥青微表处，直接对水泥混凝土路面进行破碎现场确定有代表性的三块水泥混凝土面板，分别为面板完好、轻度破损和破损严重的三块板进行破碎试验用美国RMI公司的RB500系列共振破碎机进行破碎，此次破碎的振动频率为44HZ，振幅为20mm由于锤头中心距共振机车轮外缘为100cm，并且锤头不能做水平移动，因此路面边缘有90cm的面板无法破碎面板破碎后，微表处与面板剥离，板块顶面约3-5cm被破碎成碎石屑用吹风机吹除表面层后浇水，以判断破碎后路面是否有裂缝及渗水情况为了检验破碎效果，使用风镐凿挖试坑来检验破碎粒径范围检验结果表明水并不下渗，且破碎后的路面硬度很大，使用风镐无法进行凿挖这说明破碎后的路面仍基本为一个整体，达不到规定的破碎效果人工清除破碎后的表层微表处后，再以相同的步骤进行第二次破碎破碎后，板块顶面3～5cm是粒度较小的碎石屑透水结构，用吹风机吹除顶面层后，再浇水检验裂缝渗水情况，并凿挖1×2㎡的试坑检验其破碎效果检验结果表明，在5-25cm深度范围内，粒径多为15-25 cm粒度较大的碎石块嵌锁紧密不透水层，底下3-5cm厚的混凝土并没有被破碎。

破碎后的碎石纹路规排列则，并与路面形成35°-40°夹角二灰基层整体性完好②石太高速水泥混凝土路面破碎实验段二：铣刨沥青微表处并清表后，再对水泥混凝土路面进行破碎此试验段对水。