论文部分内容阅读
摘要：水泥混凝土路面达到或超过使用年限后，路面逐渐会出现断板、板边缘角隅、接缝的损坏、版面磨损和错台等病害。以上病害既影响行车舒适性安全性又影响路容环境。需对旧水泥混凝土路面进行翻修改建。目前对旧水泥混凝土路面的修复改建方法分为不破碎板和破碎板两类。本文简单介绍了共振破碎的基本原理、应用及特点。
关键词：共振破碎技术 水泥混凝土路面应用
中图分类号：TU528.45文献标识码： A 文章编号：
引言
我国水泥混凝土路面的发展是从1988年开始的。近年来随着公路建设飞速发展，水泥砼路面已成为我国公路路面结构的主要形式之一。随着水泥砼路面的增多和使用年限的增长，水泥砼路面的病害也相应增多。为了消除路面病害提高路面各项性能更好地为社会服务，需对旧水泥砼路面进行修复和改建。
目前对旧水泥路面的改建方法大致分为不破碎板和破碎板两类。不破碎板的处理方法主要有基层灌浆加固后在旧板上加铺沥青面层或移除旧板后加铺新面层等。但这些方法都存在一些缺陷：耐久性不好；无法解决反射裂缝问题；施工周期长以及造成大量白色垃圾二次搬运对周围环境和运输所经道路造成损害。而破碎板是将旧水泥板原地破碎后作为新建沥青路面的基层或底基层。可以消除反射裂缝对环境道路耐久性，行车舒适性方面有诸多好处。因此，旧水泥砼板破碎技术是当前路面改造中最有应用前景的一种方法。
共振破碎基理：共振破碎技术是将持续产生的高频低幅的振动能量，通过破碎头传递到水泥板块内，让水泥板块与之产生共振，使水泥板内部发生剪切裂变，将其破碎成粒径大小不一碎块。共振破碎后的裂纹与路面大致呈35°～45°夹角，底层碎块粒径稍大且相互嵌锁，这有利于破碎后的结构仍保持有较好的承载力；表层碎块粒径较小，力学模式更趋向于级配碎石；国内有研究资料报道“共振碎石层的力学特性更接近于柔性基层，其抗变形能力是一般高品质密集配碎石的1.5~3倍”。所以，破碎层整体上仍具有相当结构承载力的柔性基层。目前我国使用的半刚性基层自身存在着不可克服的缺点：温缩，干缩，产生裂缝，导致结构层早期损坏；使道路路面进行“开膛破肚式”大修。而柔性基层不同，其破坏模式主要为沥青面层表面一定范围内的功能性破坏，进行可维护，保养，修复就行了；旧水泥路面改造中应用共振碎石化技术的最大贡献是消除自身裂缝的同时，优化了新的路面结构，使层间结构更稳定相容，成为整体性好，变形连续的柔性路面，达到使用品质高，寿命长的目的。
共振碎石化技术在美国已有近三十年的应用历史，在中国也应用了八年，至今依托工程的路面状况仍然保持良好。这次我们首次把此项技术引入应用到国道G210铜川段路面改造工程，为确保我国道路的高效率维护和高品质改进，作进一步应用实践。
一、工程概况
国道G210K797+440~K801+440段路线长4.0km，路基宽12.0m,路面宽10.0m，两侧各为1.0m的片石砼路肩，面层为25.0cm水泥混凝土。为山岭重丘区二级公路。由于近年来经济迅速发展，运输日益繁忙，车流量剧增，致使该路面强度降低，破损严重。其中K799+160~K799+730段尤为严重，路面出现严重断板，唧泥，部分错台达到8cm，病害连续且集中，已严重影响国道G210正常行车。该路段于1992年改建为水泥砼路面，至今已20年。本段路建成后仅进行局部换板中修，未进行过大修。
二、水泥砼路面改建方案
根据共振破碎的特点确定采用共振破碎加覆盖技术。
1、 共振破碎加覆盖：将原有的水泥砼路面破碎碾压后作为基层或底基层，直接加铺沥青混凝土面层。
2、共振碎石化施工机械——GZL—600全浮动共振机工作参数：工作频率：35~55Hz，工作振幅：20mm（可调），液压系统最高压力：35MPa，破碎混凝土最大厚度：400mm（现已工作过的最大厚度），工作效率：2000㎡/天（8小时计），锤头传感器实时探测路面状况，并向电脑传递信息，电脑自动调整振动频率，改变力度，从而控制碎石尺寸。
3、 GZL—600全浮动共振破碎机加覆盖施工技术独特的优势特点：
全浮动破碎头动态跟踪旧水泥板表面的变化，同时加载着振动体的重力载荷，这种全浮动式传递振动能量，其效果体现在破碎层上面层碎化厚度均匀，密实，易板结。全浮动破碎头能横向移动，可破碎至道路边沿，不留死角。其优点具体表现为：
（1）对旧的路面直接破碎，压实，摊铺，施工速度快，可有效缩短工期。
（2）形成柔性基层，优化了路面结构，避免新路面产生反射裂纹，增加了道路的使用寿命。
（3）可保留原有路基，减少新路面厚度。
（4）振动小，绝不伤害路基及其以下设施。
（5）噪音低，不扰民。
（6）无断层，保证行驶的舒适度。
（7）防止潮水气的侵害。提高了路体排水性能。
（8）防止混凝土内酸（硅）碱反应。
（9）不必清运碎石，压实后利于稳固路基且能避免白色垃圾，保护环境。
（10）保证质量，造价低，性价比大为提高。
（11）可交叉施工，不影响交通。
4、柔性底基理论：道路各层弹性模量（E）应该上强下弱，方可避免反射裂纹的产生。 热混合沥青层E＞共振碎石化层E＞原基层E＞原路基E
5、碎石化的目的：砼路面共振碎石化后，破碎层上部形成厚为8cm左右的细化砾石层，碾压后密实，起缓冲减震作用，还具有吸排路面渗水和层间冷凝水作用；破碎层下部为颗粒较大，斜向相互嵌锁的砾石承重层，具有不可渗透性，确保水不会到达路基，是路面结构中最特殊的柔性层，既具有柔性层特性又具有较强的承载力。水泥砼的弹性模量大于沥青层，因此在摊铺沥青前，需将原来的水泥砼碎化，使其变为柔性基层，方可避免上面的沥青层产生反射裂纹！碎石化的目的就是通过破碎，将水泥砼路面原有刚性面层转化为柔性基层。
6、 合格的碎石化工艺所要达到的理想目标：
（1）通过碎石化工艺，碎石尺寸应在3~20cm之间且带有棱角，这样碎石之间形成以大尺寸粒径为骨架，小尺寸粒径填充密实，相互之间产生挤压嵌锁和密实作用。如果碎石尺寸太大，反射裂纹仍然会产生；如果碎石尺寸太小，或相互没有嵌锁，整个破碎后的水泥砼层就会因没有骨架支承缺乏强度而失效。
（2）破碎后形成一个完整的基层而没有断层，保证行驶的舒适度。
（3）破碎后的砼碎石层具有防止潮湿水气的侵害作用。
（4）因共振碎石化作用强度只破碎到砼路面，故而保持原路基及路基下设施的完好无损。
（5）共振碎石化作用到砼路面后，使碎石尺寸变成路面由上向下，上小下大的结构形式，使原来一块块整体刚性的砼面层，变成砼碎石上面细小粒径密实，下面大粒径支承的连续不断的柔性砼基层。
三、路面的共振破碎施工及沥青路面摊铺
1、旧水泥砼路面共振破碎施工工艺流程：
路况调查——清除沥青修补层——洒水湿润——试振——检测验证——共振碎石化——清除表面粗粒料——压实——技术指标检测并处理——铺筑沥青混合料——压实——保养——开放交通
（1） 施工前准备 ：通过路况调查，了解路况损坏情况，并进行技术交底及施工要求。做好施工路段过往车辆及道路两边住户的宣传通告工作 ；施工机械，设备，人员进入施工现场，由于该路段交通压力非常大，做好分段，分幅施工，半幅施工，半幅通行，保证交通畅通。
（2）做好路基排水：路基内的横向盲沟与路边纵向盲沟边沟连通，盲沟内填充粒径为5~15cm的砾石，断级配，以充分透水為佳。
（3）路面的試振：共振破碎施工，专业水平，按操作规程进行，水泥砼路面共振破碎质量主要受到破碎机施工速度，振幅，破碎顺序，破碎施工方向以及不同基层强度刚度条件，对破碎机调整要求等，均对破碎程度，粒径大小排列和形成的破裂面方向影响，要随时监测破碎效果，发现问题随时解决。为了确保共振破碎质量，施工前必须进行破碎试振，试振后，开挖坑穴，检验破碎粒径分布情况，均匀程度，确定破碎机施工参数及施工组织措施。
（4）路面的破碎：破碎前，在施工段两头各摆放道路施工标志，限速标志及道路变窄标志。应对破碎车道水泥砼路面洒水湿润，防止破碎时尘渣飞扬 ，污染环境。破碎顺序一般由水泥路面的外侧车道沿路肩处开始，从边缘向中间破碎，每次间隔20cm进行单向破碎 。破碎时把施工区域与车辆通行区用锥形桶隔离开来，破碎纵向过了路中线后，把破碎机调转方向，接着刚才的破碎面，由路中向边缘顺序破碎，与相邻车道搭接至少15cm。
（5）路面的压实：压实前，应清除旧水泥砼接缝内大于5cm的碎石块，并对凹陷路段采用级配碎石粒料回填。然后采用光轮压路机碾压1~2遍密实，即可开放交通。必须洒水保湿，以有利于碎石化上面层板结及除尘，共振碎石是无位移破碎，原位嵌锁，通车后表面形成板结，不起坑槽即可。由于该层具有柔性层性质，开放交通会很好的消除脱空和均匀参数。
（6）路面的检测及质量控制 ：对破碎好的路面，采取外观鉴别和实地检测相结合的方法，选取具有代表性的路段挖坑穴抽样检验，检测，一般每隔250m处距路边2.5m位置开挖1㎡左右的坑穴，深度至路面基层顶面，分析共振破碎效果。鉴别板块内是否产生斜向受力和嵌锁结构，判断，分析，评价共振碎裂技术作用力扩展到板块的何位置完成了能量的传递，以及对板块周围的结构和基层是否会造成损坏。并且检测沉降量，弯沉值测定，破碎状况检测，纵横坡度检测等。对路面检测弯沉值大的地方，应及时进行软基处理，软基处理好达到养护期后，即可进行沥青路面摊铺。
2、共振破碎后沥青路面的摊铺
（1） 共振碎石化后沥青混合料摊铺前的准备：摊铺前对共振破碎后成型路基的纵横坡及表面进行检测和清理，采用沥青碎石ATB-25进行调平为佳，已恢复路面各项性能指标。因为层间结构性质相同的调平使结构更合理；调平层厚度可视沥青层结构厚度计算。
（2） 摊铺沥青面层 ：砼路面共振破碎后，洒水，微振压两遍后，直接摊铺沥青层。热混合沥青料的级配碎石与碎石化面层的碎石级配接近，直接摊铺碾压会使结合面石料相互嵌挤，达到层间无光滑面接触，这样两层之间达到合二为一的效果。摊铺时，先摊铺8cm厚沥青碎石ATB-25下面层，碾压成型后，再撒上一层乳化沥青，最后摊铺5cm厚AC-16上面层沥青混合料，碾压成型冷却后即可开放交通。
结束语
共振碎石化技术对于水泥砼路面修复改建来说，具有其他无法比拟的技术优势。本工程初次成功应用，它优化了路面结构，层间相容性好，彻底根除反射裂纹，嵌锁的碎石化结构层增强了路面的承载力，提高路面的使用寿命，且施工简便，施工噪声低，不扰民，单道交叉施工，无需封闭交通，缩短施工期，不产生白色垃圾，保护了环境，节省了维修资金。该方法值得在水泥路面的修复改建中推广应用。
关键词：共振破碎技术 水泥混凝土路面应用
中图分类号：TU528.45文献标识码： A 文章编号：
引言
我国水泥混凝土路面的发展是从1988年开始的。近年来随着公路建设飞速发展，水泥砼路面已成为我国公路路面结构的主要形式之一。随着水泥砼路面的增多和使用年限的增长，水泥砼路面的病害也相应增多。为了消除路面病害提高路面各项性能更好地为社会服务，需对旧水泥砼路面进行修复和改建。
目前对旧水泥路面的改建方法大致分为不破碎板和破碎板两类。不破碎板的处理方法主要有基层灌浆加固后在旧板上加铺沥青面层或移除旧板后加铺新面层等。但这些方法都存在一些缺陷：耐久性不好；无法解决反射裂缝问题；施工周期长以及造成大量白色垃圾二次搬运对周围环境和运输所经道路造成损害。而破碎板是将旧水泥板原地破碎后作为新建沥青路面的基层或底基层。可以消除反射裂缝对环境道路耐久性，行车舒适性方面有诸多好处。因此，旧水泥砼板破碎技术是当前路面改造中最有应用前景的一种方法。
共振破碎基理：共振破碎技术是将持续产生的高频低幅的振动能量，通过破碎头传递到水泥板块内，让水泥板块与之产生共振，使水泥板内部发生剪切裂变，将其破碎成粒径大小不一碎块。共振破碎后的裂纹与路面大致呈35°～45°夹角，底层碎块粒径稍大且相互嵌锁，这有利于破碎后的结构仍保持有较好的承载力；表层碎块粒径较小，力学模式更趋向于级配碎石；国内有研究资料报道“共振碎石层的力学特性更接近于柔性基层，其抗变形能力是一般高品质密集配碎石的1.5~3倍”。所以，破碎层整体上仍具有相当结构承载力的柔性基层。目前我国使用的半刚性基层自身存在着不可克服的缺点：温缩，干缩，产生裂缝，导致结构层早期损坏；使道路路面进行“开膛破肚式”大修。而柔性基层不同，其破坏模式主要为沥青面层表面一定范围内的功能性破坏，进行可维护，保养，修复就行了；旧水泥路面改造中应用共振碎石化技术的最大贡献是消除自身裂缝的同时，优化了新的路面结构，使层间结构更稳定相容，成为整体性好，变形连续的柔性路面，达到使用品质高，寿命长的目的。
共振碎石化技术在美国已有近三十年的应用历史，在中国也应用了八年，至今依托工程的路面状况仍然保持良好。这次我们首次把此项技术引入应用到国道G210铜川段路面改造工程，为确保我国道路的高效率维护和高品质改进，作进一步应用实践。
一、工程概况
国道G210K797+440~K801+440段路线长4.0km，路基宽12.0m,路面宽10.0m，两侧各为1.0m的片石砼路肩，面层为25.0cm水泥混凝土。为山岭重丘区二级公路。由于近年来经济迅速发展，运输日益繁忙，车流量剧增，致使该路面强度降低，破损严重。其中K799+160~K799+730段尤为严重，路面出现严重断板，唧泥，部分错台达到8cm，病害连续且集中，已严重影响国道G210正常行车。该路段于1992年改建为水泥砼路面，至今已20年。本段路建成后仅进行局部换板中修，未进行过大修。
二、水泥砼路面改建方案
根据共振破碎的特点确定采用共振破碎加覆盖技术。
1、 共振破碎加覆盖：将原有的水泥砼路面破碎碾压后作为基层或底基层，直接加铺沥青混凝土面层。
2、共振碎石化施工机械——GZL—600全浮动共振机工作参数：工作频率：35~55Hz，工作振幅：20mm（可调），液压系统最高压力：35MPa，破碎混凝土最大厚度：400mm（现已工作过的最大厚度），工作效率：2000㎡/天（8小时计），锤头传感器实时探测路面状况，并向电脑传递信息，电脑自动调整振动频率，改变力度，从而控制碎石尺寸。
3、 GZL—600全浮动共振破碎机加覆盖施工技术独特的优势特点：
全浮动破碎头动态跟踪旧水泥板表面的变化，同时加载着振动体的重力载荷，这种全浮动式传递振动能量，其效果体现在破碎层上面层碎化厚度均匀，密实，易板结。全浮动破碎头能横向移动，可破碎至道路边沿，不留死角。其优点具体表现为：
（1）对旧的路面直接破碎，压实，摊铺，施工速度快，可有效缩短工期。
（2）形成柔性基层，优化了路面结构，避免新路面产生反射裂纹，增加了道路的使用寿命。
（3）可保留原有路基，减少新路面厚度。
（4）振动小，绝不伤害路基及其以下设施。
（5）噪音低，不扰民。
（6）无断层，保证行驶的舒适度。
（7）防止潮水气的侵害。提高了路体排水性能。
（8）防止混凝土内酸（硅）碱反应。
（9）不必清运碎石，压实后利于稳固路基且能避免白色垃圾，保护环境。
（10）保证质量，造价低，性价比大为提高。
（11）可交叉施工，不影响交通。
4、柔性底基理论：道路各层弹性模量（E）应该上强下弱，方可避免反射裂纹的产生。 热混合沥青层E＞共振碎石化层E＞原基层E＞原路基E
5、碎石化的目的：砼路面共振碎石化后，破碎层上部形成厚为8cm左右的细化砾石层，碾压后密实，起缓冲减震作用，还具有吸排路面渗水和层间冷凝水作用；破碎层下部为颗粒较大，斜向相互嵌锁的砾石承重层，具有不可渗透性，确保水不会到达路基，是路面结构中最特殊的柔性层，既具有柔性层特性又具有较强的承载力。水泥砼的弹性模量大于沥青层，因此在摊铺沥青前，需将原来的水泥砼碎化，使其变为柔性基层，方可避免上面的沥青层产生反射裂纹！碎石化的目的就是通过破碎，将水泥砼路面原有刚性面层转化为柔性基层。
6、 合格的碎石化工艺所要达到的理想目标：
（1）通过碎石化工艺，碎石尺寸应在3~20cm之间且带有棱角，这样碎石之间形成以大尺寸粒径为骨架，小尺寸粒径填充密实，相互之间产生挤压嵌锁和密实作用。如果碎石尺寸太大，反射裂纹仍然会产生；如果碎石尺寸太小，或相互没有嵌锁，整个破碎后的水泥砼层就会因没有骨架支承缺乏强度而失效。
（2）破碎后形成一个完整的基层而没有断层，保证行驶的舒适度。
（3）破碎后的砼碎石层具有防止潮湿水气的侵害作用。
（4）因共振碎石化作用强度只破碎到砼路面，故而保持原路基及路基下设施的完好无损。
（5）共振碎石化作用到砼路面后，使碎石尺寸变成路面由上向下，上小下大的结构形式，使原来一块块整体刚性的砼面层，变成砼碎石上面细小粒径密实，下面大粒径支承的连续不断的柔性砼基层。
三、路面的共振破碎施工及沥青路面摊铺
1、旧水泥砼路面共振破碎施工工艺流程：
路况调查——清除沥青修补层——洒水湿润——试振——检测验证——共振碎石化——清除表面粗粒料——压实——技术指标检测并处理——铺筑沥青混合料——压实——保养——开放交通
（1） 施工前准备 ：通过路况调查，了解路况损坏情况，并进行技术交底及施工要求。做好施工路段过往车辆及道路两边住户的宣传通告工作 ；施工机械，设备，人员进入施工现场，由于该路段交通压力非常大，做好分段，分幅施工，半幅施工，半幅通行，保证交通畅通。
（2）做好路基排水：路基内的横向盲沟与路边纵向盲沟边沟连通，盲沟内填充粒径为5~15cm的砾石，断级配，以充分透水為佳。
（3）路面的試振：共振破碎施工，专业水平，按操作规程进行，水泥砼路面共振破碎质量主要受到破碎机施工速度，振幅，破碎顺序，破碎施工方向以及不同基层强度刚度条件，对破碎机调整要求等，均对破碎程度，粒径大小排列和形成的破裂面方向影响，要随时监测破碎效果，发现问题随时解决。为了确保共振破碎质量，施工前必须进行破碎试振，试振后，开挖坑穴，检验破碎粒径分布情况，均匀程度，确定破碎机施工参数及施工组织措施。
（4）路面的破碎：破碎前，在施工段两头各摆放道路施工标志，限速标志及道路变窄标志。应对破碎车道水泥砼路面洒水湿润，防止破碎时尘渣飞扬 ，污染环境。破碎顺序一般由水泥路面的外侧车道沿路肩处开始，从边缘向中间破碎，每次间隔20cm进行单向破碎 。破碎时把施工区域与车辆通行区用锥形桶隔离开来，破碎纵向过了路中线后，把破碎机调转方向，接着刚才的破碎面，由路中向边缘顺序破碎，与相邻车道搭接至少15cm。
（5）路面的压实：压实前，应清除旧水泥砼接缝内大于5cm的碎石块，并对凹陷路段采用级配碎石粒料回填。然后采用光轮压路机碾压1~2遍密实，即可开放交通。必须洒水保湿，以有利于碎石化上面层板结及除尘，共振碎石是无位移破碎，原位嵌锁，通车后表面形成板结，不起坑槽即可。由于该层具有柔性层性质，开放交通会很好的消除脱空和均匀参数。
（6）路面的检测及质量控制 ：对破碎好的路面，采取外观鉴别和实地检测相结合的方法，选取具有代表性的路段挖坑穴抽样检验，检测，一般每隔250m处距路边2.5m位置开挖1㎡左右的坑穴，深度至路面基层顶面，分析共振破碎效果。鉴别板块内是否产生斜向受力和嵌锁结构，判断，分析，评价共振碎裂技术作用力扩展到板块的何位置完成了能量的传递，以及对板块周围的结构和基层是否会造成损坏。并且检测沉降量，弯沉值测定，破碎状况检测，纵横坡度检测等。对路面检测弯沉值大的地方，应及时进行软基处理，软基处理好达到养护期后，即可进行沥青路面摊铺。
2、共振破碎后沥青路面的摊铺
（1） 共振碎石化后沥青混合料摊铺前的准备：摊铺前对共振破碎后成型路基的纵横坡及表面进行检测和清理，采用沥青碎石ATB-25进行调平为佳，已恢复路面各项性能指标。因为层间结构性质相同的调平使结构更合理；调平层厚度可视沥青层结构厚度计算。
（2） 摊铺沥青面层 ：砼路面共振破碎后，洒水，微振压两遍后，直接摊铺沥青层。热混合沥青料的级配碎石与碎石化面层的碎石级配接近，直接摊铺碾压会使结合面石料相互嵌挤，达到层间无光滑面接触，这样两层之间达到合二为一的效果。摊铺时，先摊铺8cm厚沥青碎石ATB-25下面层，碾压成型后，再撒上一层乳化沥青，最后摊铺5cm厚AC-16上面层沥青混合料，碾压成型冷却后即可开放交通。
结束语
共振碎石化技术对于水泥砼路面修复改建来说，具有其他无法比拟的技术优势。本工程初次成功应用，它优化了路面结构，层间相容性好，彻底根除反射裂纹，嵌锁的碎石化结构层增强了路面的承载力，提高路面的使用寿命，且施工简便，施工噪声低，不扰民，单道交叉施工，无需封闭交通，缩短施工期，不产生白色垃圾，保护了环境，节省了维修资金。该方法值得在水泥路面的修复改建中推广应用。