共振碎石化技术在G107湘潭段大修工程中的应用研究

共振碎石化技术在G107湘潭段大修工程中的应用研究

周世强

湘潭市公路养护中心，湖南 湘潭 411100

摘要：本文介绍了107国道旧水泥砼路面大修工程“白改黑”共振碎石化工艺的依据、原理、设备技术参数，分析归纳了其施工顺序及质量安全控制要点。通过对依托工程进行高频共振破碎后加铺沥青混凝土面层，结果表明现场检测各项技术指标均满足设计和规范要求，经济效益和社会效益彰显。

关键词：旧水泥砼路面；大修工程；共振碎石化

引言

我市目前管养的普通国省道水泥混凝土路面大多修建于上世纪九十年代和本世纪初，随着公路的使用年限增长以及重载车辆的急剧增加，这些水泥混凝土路面不可避免地出现不同程度的断裂、唧泥、错台、破碎及承载力下降等病害，影响道路的通行能力，有的甚至严重危及行车安全，因此采取大修等修复性养护技术措施来恢复和提高路况已变得刻不容缓。据统计分析，近10年来我市普遍采用的大修方案是对原有水泥砼路面多锤头碎石化处理后加铺双层半刚性水稳基层改造成为沥青砼路面，即水泥砼路面“白改黑”。笔者认为该法虽能够彻底解决沥青砼面层反射裂纹问题，但这种多锤头碎石化技术是通过加大落锤的振幅和激振力来实现的，不但对沿线构筑物、旧路面基层结构和路基损伤大，而且须重建路面基层才能加铺沥青砼层，施工时交通管制时间长、噪音大、扬尘多，尤其是镇区路段由于标高受限实施起来难度更大。从我市2017年和2018年实施的20余公里107大修工程数据分析，大修后路面标高普遍提高53CM以上，建安造价每公里达到800万元，大幅提高了路面标高和工程造价。因此，如何根据原有路面的技术状况并加以充分利用，选择更加质量可靠、经济合理、施工便捷环保的修复方案就显得尤为重要。

1工程基本概况

2020年初，省交通运输厅计划安排我市107国道大修里程7.294公里，具体里程桩号K1794+000-K1797+000，K1798+000-K1798+724，K1801+430-K1802+000，K1803+000-K1806+000 ,省批复大修路面方案为旧水泥砼路面多锤头碎石化+双层水泥稳定碎石基层+沥青砼面层。该路段历经两次大修加铺，原路面结构型式：K1794+000-K1796+984 、K1801+709-K1802+000为旧水泥混凝土路面+沥青油毡隔离层+24cm钢筋混凝土；K1796+984-K1797+000、K1798+000-K1798+724、K1805+044-K1806+000为旧水泥混凝土路面+沥青油毡隔离层+32cm水泥混凝土面层；K1803+000-K1805+044为旧水泥混凝土路面多锤头碎石化+20cm5%水泥稳定碎石基层+26cm上下层布式钢纤维混凝土。2020年3月，委托湖南鼎同工程科技有限公司对拟大修路段进行全面检测。

通过分析可知，虽然拟大修路段在重载交通的反复作用下砼面板疲劳开裂造成较高的断板率，但面板脱空率和砼剩余强度两项指标均比较理想，接缝传荷能力和路基路面整体强度较高，与传统的多锤头碎石化工艺比较，采用共振碎石化能够最大限度利用旧水泥面强度，具有很高的利用价值。根据JTG/T F31-2014《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》经反复论证采用就地共振碎石化技术，将原水泥砼面板共振破碎后直接作为基层，其上加铺沥青砼面层。经验算，路面设计结构为：4cm细粒式SBS改性沥青混凝土（AC-13C）+ 5cm中粒式SBS改性沥青混凝土（AC-20C）+ 7cm密级配沥青碎石（ATB-25）。沥青混凝土面层表面的设计弯沉为26（0.01mm），共振碎石化压实后顶面的设计弯沉为35（0.01mm）,回弹模量不小于400MPa。

2 共振碎石化的机理和设备技术参数

2.1破碎机理

共振破碎机将水泥板破碎的原理是通过锤头高频低幅地撞击路面，利用机械的高频振动波传入水泥混凝土内产生共振，使水泥板内部发生剪切裂变，破碎成粒径较小的碎块。由于共振频率只是与水泥面板一致，不会影响到其下的固有频率不同的路面基层和路基，最大程度维持了原有路面结构的稳定性。

国内外有关研究表明,水泥砼面板的固有频率范围通常在45～80HZ，故若要实现共振，共振破碎机需达到此频率范围，否则难以实现完全共振。2020年9月7日，试验路段K1801+430-K1802+000开机试振，根据现场钻芯取样的振裂效果和实测回弹模量不断调整试振频率，通过对不同板厚、不同类型的水泥砼面板进行试振效果和数据分析表明，振动频率控制在55-65HZ范围内可取得良好的振裂效果和回弹模量值，否则将形成过振或欠振影响共振效果。原有水泥板经过共振破碎后，裂缝可贯穿旧水泥混凝土面层，上层为碎石层，形成了天然的应力吸收层，有效隔离反射裂缝。下一层的板体性仍比较好，有不少斜向约30°～60°的裂缝，为裂而不碎的嵌锁结构，形成了可直接利用的承重层。

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.2设备及技术参数

本工程所采用的高频共振破碎机RPB-GP60设备，其主要技术参数：工作频率：40-70Hz；工作振幅：10-20mm；发动机型号/功率：KM600ZIA /630HP（470KW）；整机最大重量：35T；能破碎混凝土最大厚度：400mm；生产效率：3000m2/d

3 施工顺序及要点

（1）放样定位→清渣→共振破碎→洒水→第一次乳化沥青透层→压实→第二次乳化沥青透层→开放交通→局部ATB沥青碎石补强→同步碎石封层→沥青摊铺。分多个工作面平行流水作业，高频共振破碎机在现场破碎施工如图1，图2所示。

图1 高频共振破碎机现场     图2 透层油后压实（左）

（2）共振破碎后面板上部形成的碎石层，它的整体稳定尤为关键，处治不到位会出现夹心层影响使用寿命。为保证碎石层在开放交通的情况下不被跑散，我们在共振碎石层上乳化沥青透层油用量增加到2-3公斤/平米，分2次施工。第一次在共振碎石完工后，立即洒水洒乳化沥青（1.5-2公斤/平米），水能带着乳化沥青透到更深处，此时的透层沥青还是水状的，正好压实，振动压路机先挂轻振压三遍，最后静压一遍收光稳固，然后再喷洒一层乳化沥青。1小时后沥青逐渐破乳析出，将碎石骨料牢牢地黏住。只要做好以上措施，共振碎石后3-4小时后即可开放交通，碎石层在车辆的揉碾下，相互之间嵌锁更加紧密，更加稳固和密实，表面更加板结，强度更高。为了修补被车辆带走的乳化沥青和跑散的表面，再加铺一层改性沥青同步碎石封层，以起到封水和修补的作用。

（3）共振碎石后表面相对松散，这时候如果测量弯沉，离散性会很高。但等喷洒完乳化沥青透层油，通过行车碾压之后再去测量碎石顶面的弯沉，则会均匀得多。为跟踪破碎效果，委托湖南鼎同工程科技公司对共振碎石化层路段的弯沉和回弹模量进行了检测，结果完全满足设计要求。如图3、图4所示。

图3  K1794+000～K1797+000共振碎石层的弯沉及回弹模量

图4  K1803+000～K1806+000共振碎石层的弯沉及回弹模量

共振碎石化施工于2020年9月7日开始试验路段，于9月27日共20个日历天结束，累计施工面积达8.5万平方米。沥青加铺层施工在共振碎石后1-2天内跟进，平行流水作业，整个沥青路面亦于9月30日结束。

4结语

共振碎石化技术在G107湘潭段大修工程中解决了以下几个难点问题：①过集镇路段无法利用多锤头、冲击夯等冲击破碎的方式施工，共振碎石高频低辐的振动则不受影响，解决了.扰民的问题；②充分利用了原路剩余强度，降低了加铺路面高程，解决了道路抬高过多造成路侧顺接工程量增加和周边居民排水困难的问题；③共振碎石无需中断交通，边施工边通车，解决了施工过程中交通封闭导流的难题；④大大缩短工期。共振碎石无需养生，各工序可平行流水作业，与传统经典大修结构相比较总工期可以节约一半以上；⑤大大降低了工程成本。项目每公里建安造价443万元，与传统典型大修结构800万元/公里相比，节约投资2600余万元，解决了大修工程造价过高的难题。

国道107大修工程中的成功应用表明，该技术和设备定能在今后类似工程中可推广应用，市场潜力巨大。

参考文献：

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[4]黄琴龙,杨壮,余路.高速公路旧水泥混凝土路面共振碎石化技术的应用与效果评价[J].交通科技.2017,(1):009.

[5]连少芬.浅谈共振碎石化在既有水泥混凝土路面改造设计中的应用[J].四川水泥.2021,(4).347-348.

作者简介：

周世强；1967年6月；男；汉族；湖南省醴陵市；本科，高级工程师；公路桥梁。

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