桂祈志，曾　輝

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

共振碎石化技術(shù)在益常高速公路大修工程中的應(yīng)用

桂祈志，曾輝

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 211112）

文章結(jié)合益常高速公路大修工程共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用，對GZL600型全浮動式共振破碎機的工作參數(shù)、施工前的準備工作、共振碎石化施工工藝和質(zhì)量檢測要求等進行了探討。

路面大修；水泥混凝土路面；共振碎石化；施工工藝；質(zhì)量檢測

共振碎石化技術(shù)是通過共振原理，使碎石化機械和原水泥混凝土面板產(chǎn)生共振，通過高頻低幅的振動，將水泥混凝土面板破碎成上層相互嵌擠、下層相互嵌鎖的碎石粒料層。碎石化后的上層細顆粒的松散層能有效地消除反射裂縫，下層板體性較好地嵌鎖層能提高碎石化層的承載能力，嵌鎖層的裂縫傾角約為35°～40°，基本沿最大剪切面破裂，不會破壞路基基層，目前主要用于路面破損狀況評定等級與接縫傳荷能力評定等級較差的水泥混凝土路面的改建加鋪［1-2］。本文以益常高速大修工程為例，介紹共振碎石化在高速大修施工中的應(yīng)用。

1 工程概況

湖南益陽至常德高速公路于1999年12月建成通車，原路面結(jié)構(gòu)為25 cm水泥混凝土面層+18 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+15 cm水泥穩(wěn)定碎石底基層。由于運營時間長、交通量快速增長及大量超載車輛的通行，原有水泥混凝土路面不同程度地出現(xiàn)了破碎、裂縫、板角斷裂、唧泥、錯臺、邊角剝落等病害。本次大修施工圖設(shè)計根據(jù)原路面破損狀況評定等級、接縫傳荷能力評定等級、沿線構(gòu)造物和建筑物的影響、工程造價、回收利用及環(huán)境保護等因素，對原路面采用了換板壓漿綜合處治、共振碎石化處治及破裂穩(wěn)固處治等3種方案［3］，加鋪方案見表1，其中共振碎石化處治路段共計53.938 km、600 894 m2。

2 施工前的準備工作

2.1 設(shè)置排水系統(tǒng)

共振碎石化施工前需要設(shè)置良好的排水系統(tǒng)，檢查、疏通、修復(fù)、增設(shè)原水泥混凝土路面的路基排水、路面邊緣排水、中央分隔帶排水及超高段排水系統(tǒng)等。

益常高速原路面的邊溝排水系統(tǒng)較為完善，在填方路段，只對破損的邊溝進行疏通及修復(fù)；在地下水豐富的挖方路段，在不損壞邊溝側(cè)壁的前提下開挖梯形邊溝底部，設(shè)置縱向滲溝［3］，見圖1。對路面邊緣排水系統(tǒng)進行加強，清除土路肩的表層后，開挖至底基層頂部，填卵石，使用C25水泥混凝土硬化土路肩，外側(cè)使用磚砌體，最下層磚采用干砌，見圖2。增設(shè)中央分隔帶排水，清除原草皮，填卵石，使用C25水泥混凝土硬化封閉。增設(shè)超高段排水，設(shè)置縱向蓋板中溝，并在填方路段的凹曲線底部路段加密橫向排水管。

表1 益常高速公路大修工程主線路面結(jié)構(gòu)形式

圖1 挖方邊溝下增設(shè)滲溝

圖2 路面邊緣排水方案

2.2 調(diào)查沿線構(gòu)造物及建筑物分布情況

共振碎石化有可能對構(gòu)造物及建筑物造成損壞，在施工前要詳細調(diào)查分布情況，包括沿線的房屋、橋梁、涵洞、通道、地下管線等的位置、走向、埋深等，并在路面上相應(yīng)的位置使用不同顏色、不同標志的油漆進行標注，在碎石化時區(qū)別進行并注意監(jiān)控，保證安全。在構(gòu)造物埋深大于0.8 m或者建筑物距離路肩大于20 m時可以正常破碎。

2.3 設(shè)置應(yīng)力釋放渠及隔振溝

共振碎石化路段內(nèi)構(gòu)造物未達到施工安全距離時或碎石化路段與其它路段連接處，應(yīng)設(shè)置應(yīng)力釋放渠，在兩者連接處進行切割，深度貫穿面層和基層；碎石化路段沿線距離路肩20 m內(nèi)有建筑物的，在路基外側(cè)與建筑物之間設(shè)置隔振溝，隔振溝開挖的深度不小于0.8 m，寬度不小于10 cm，以免造成損壞。

3 共振碎石化試驗段

3.1 共振碎石化設(shè)備

本項目使用國產(chǎn)GZL600型全浮動式共振破碎機，設(shè)備整機功率448 kW，共振頻率40～55 Hz，振幅10～20 mm，破碎頭寬度100～300 mm，行駛速度0～15 km/h，工作效率2 000～3 000 m2/d，最大破碎水泥混凝土面板厚度40 cm，碎石化時最大浮動距離100 mm，最大爬坡能力12%。該設(shè)備采用振動箱直接輸出振動源，并裝有浮動導(dǎo)軌，破碎頭與地面恒壓接觸，與地面同步升降，從而實現(xiàn)均勻破碎。

正式施工前在上行線K99+000～K99+120、K98+310～K98+380段落進行了共振碎石化試驗段。由于本項目行車道、超車道為碎石水泥混凝土，應(yīng)急車道為卵石水泥混凝土，試驗段由2臺不同工況的GZL600型全浮動式共振破碎機在不同車道分別進行破碎。依據(jù)湖南潭耒高速公路共振碎石化試驗段及設(shè)備廠家提供的參數(shù)，破碎頭寬度行車道K99+000～K99+120選擇200 mm，K98+310～K98+380選擇250 mm，共振頻率44～45 Hz、振幅10～20 mm。初壓用鋼輪壓路機振動碾壓2遍，復(fù)壓用輪胎壓路機碾壓2遍，終壓用鋼輪壓路機碾壓1遍。碎石化后隨機選取試坑檢測粒徑、級配，碾壓完成后檢測碎石化層頂面當(dāng)量回彈模量，以確定碎石化設(shè)備的工作參數(shù)及碾壓組合。

3.2 粒徑及級配檢測

按設(shè)定的工作參數(shù)進行碎石化施工后，避開接縫、裂縫的位置在不同車道隨機選取2處，開挖1.2 m×1.2 m的試坑，深度至基層，檢測整個碎石化層的粒徑；并對0～3 cm內(nèi)的表面松散層取樣進行篩分試驗，檢測級配。

1#試坑位于K99+000～K99+120行車道，采用200 mm寬度破碎頭，破碎后表面松散層的厚度約10 cm，側(cè)面裂縫傾角在30°左右；深度0～3 cm內(nèi)的顆粒粒徑基本在0～3 cm，3～10 cm內(nèi)粒徑小于10 cm，10 cm以下嵌鎖層的粒徑大部分在10～15 cm，最大25 cm。2#試坑位于K98+310～K98+380行車道，采用250 mm寬度破碎頭，破碎后表面松散層的厚度約8 cm，側(cè)面裂縫傾角在35°左右；深度0～3 cm內(nèi)的粒徑基本在0～5 cm，3～8 cm內(nèi)粒徑基本小于10 cm，深度8 cm以下嵌鎖層的粒徑大部分在10～20 cm，最大29 cm。200 mm寬度與250 mm寬度破碎頭破碎后的表面松散層的粒徑滿足設(shè)計要求，嵌鎖層均有少量顆粒粒徑較設(shè)計要求偏粗。

對1#、2#試坑0～3 cm內(nèi)的表面松散層取樣進行了篩分試驗，結(jié)果見圖3。由圖3可知，整體級配基本都在設(shè)計要求的級配碎石范圍內(nèi)，250 mm寬度破碎頭的碎石化層級配明顯較200 mm寬度破碎頭的偏粗。

圖3 0～3 cm內(nèi)表面松散層篩分試驗結(jié)果

3.3 回彈模量檢測

碎石化層碾壓前灑水，初壓用22 t單鋼輪壓路機振動碾壓2遍，復(fù)壓用26 t輪胎壓路機碾壓2遍，終壓用22 t單鋼輪壓路機碾壓1遍，碾壓完成待表面干燥后檢測碎石化層頂面當(dāng)量回彈模量，檢測結(jié)果見圖4。由檢測結(jié)果可知，采用200 mm破碎頭的試驗段行車道測點的回彈模量滿足大于360 MPa的設(shè)計要求，應(yīng)急車道第4、第5測點的回彈模量小于設(shè)計要求；采用250 mm破碎頭的試驗段行車道、應(yīng)急車道測點的回彈模量均滿足設(shè)計要求，但行車道的回彈模量離散性較大。

圖4 試驗段回彈模量試驗結(jié)果

3.4 確定工作參數(shù)

綜合試驗段碎石化層的粒徑、級配及回彈模量的檢測結(jié)果，考慮施工連續(xù)性的要求，確定正式施工時GZL600型全浮動式共振破碎機的工作參數(shù)為：共振頻率44～45 Hz；振幅，10～20 mm；破碎頭寬度，250 mm。對于碎石化層粒徑偏粗的行車道及超車道段落，允許采用200 mm寬度破碎頭。初壓使用22 t單鋼輪壓路機振動碾壓2遍，復(fù)壓使用26 t輪胎壓路機碾壓2遍，終壓使用22 t單鋼輪壓路機碾壓1遍，共碾壓5遍。碾壓完成后要求碎石化層表面板結(jié)、不松散。

4 共振碎石化施工工藝

4.1 碎石化中的施工要求

碎石化施工由外側(cè)車道邊緣開始向內(nèi)進行破碎，相鄰兩遍破碎的間隔控制在半個錘頭寬度內(nèi)，相鄰車道破碎的搭接寬度不小于15 cm，破碎時要全幅、全深度，不得留邊、留死角。

碎石化施工過程中實時監(jiān)控段落內(nèi)構(gòu)造物及沿線建筑物的狀況，一旦發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象應(yīng)立即停止施工，分析原因并采取相應(yīng)的保護措施后方可進行施工。

4.2 碎石化后的處治與碾壓

破碎完成后碾壓前，清除碎石化層上的接縫、裂縫之間的條狀填料；清除碎石化層表面大于5 cm的碎塊并用設(shè)計要求的連續(xù)型級配碎石回填；豎向大約5 cm的凹陷，也應(yīng)使用連續(xù)型級配碎石回填。

碎石化層碾壓前灑水，碾壓時由低處向高處進行，初壓使用22 t單鋼輪壓路機振動碾壓2遍，復(fù)壓使用26 t輪胎壓路機碾壓2遍，終壓使用22 t單鋼輪壓路機碾壓1遍，碾壓完成后的表面不松散。若碾壓后碎石化層表面有凹陷大于2 cm的段落，檢查原因，必要時挖除并用續(xù)型級配碎石回填。待碎石化層表面干燥后灑布乳化瀝青透層，灑布量為1.0～2.0 L/m2。

共振碎石化有可能對已設(shè)置好的排水系統(tǒng)造成破壞，在加鋪瀝青面層前仔細檢查排水系統(tǒng)是否良好，及時疏通、修復(fù)。必要時開挖檢查坑觀察碎石化層的干燥狀態(tài)，如果潮濕，要求排干水分后才能加鋪。在瀝青面層加鋪前，禁止非施工車輛通行，禁止施工車輛在碎石化層上調(diào)頭、剎車及啟動，施工車輛的行駛速度不超過20 km/h。碎石化層碾壓后，建議在48 h內(nèi)加鋪瀝青面層。加鋪前，在碎石化路段與其它路段或者與構(gòu)造物搭接處的頂面鋪設(shè)4 m寬的土工格柵。

5 質(zhì)量檢測要求

借鑒國內(nèi)其他省份的地方標準和同類工程的施工經(jīng)驗，施工圖設(shè)計提出了共振碎石化的質(zhì)量檢測要求，通過試驗段進行驗證及優(yōu)化，最終確定共振碎石化的質(zhì)量檢測要求，包括粒徑、級配、頂面當(dāng)量回彈模量等3個方面。

（1）粒徑：0～3 cm的表面層應(yīng)呈石屑狀，3 cm～8 cm厚度部分應(yīng)呈碎石狀，8 cm厚度以下部分的粒徑應(yīng)為7.5～23 cm；

（2）級配：碎石化層0～10 cm級配宜在級配碎（礫）范圍以內(nèi)；0～18 cm的碎石化層級配宜接近級配碎（礫）石；

（3）回彈模量：用承載板測定的碎石化層頂面當(dāng)量回填模量應(yīng)大于360 MPa。

共振碎石化施工過程中，碎石化層粒徑、級配的檢測頻率為2點/km，碾壓后回彈模量的檢測頻率為9點/km。從檢測結(jié)果看，碎石化層的粒徑基本滿足設(shè)計要求，10 cm以下嵌鎖層有少量顆粒粒徑偏粗；0～10 cm表面松散層的級配符合或者接近設(shè)計要求；回彈模量為400～750 MPa，滿足大于360 MPa的設(shè)計要求。檢測結(jié)果表明本項目共振碎石化施工整體質(zhì)量控制較好。

6 結(jié)論與建議

（1）共振碎石化施工前要設(shè)置良好的排水系統(tǒng)，疏通、修復(fù)、增設(shè)原路面的路基排水、路面邊緣排水、中央分隔帶排水及超高段排水系統(tǒng)等；碎石化后加鋪瀝青面層前，檢查已設(shè)置好的排水系統(tǒng)是否良好，并及時疏通、修復(fù)，保證排水暢通。

（2）共振碎石化施工前要詳細調(diào)查沿線構(gòu)造物及建筑物的分布情況，在構(gòu)造物埋深大于0.8 m或者建筑物距離路肩大于20 m時正常破碎；未達到施工安全距離和碎石化路段與其它路段連接處，設(shè)置應(yīng)力釋放渠或隔振溝；實時監(jiān)控破碎過程，保證安全。

（3）依據(jù)試驗段碎石化過程及檢測結(jié)果，確定正常施工時GZL600型全浮動式共振破碎機的工作參數(shù)為共振頻率44～45 Hz、振幅10～20 mm、破碎頭寬度250 mm。

（4）碎石化層的碾壓組合為22 t單鋼輪壓路機振動碾壓2遍；26t輪胎壓路機碾壓2遍；22 t單鋼輪壓路機碾壓1遍共碾壓5遍。碾壓完成后碎石化層表面板結(jié)、不松散。

（5）碎石化層的檢測要求包括粒徑、級配及碾壓后頂面的當(dāng)量回彈模量；檢測頻率為粒徑、級配2點/km，回彈模量9點/km。

本項目共振碎石化嚴格按照確定的工作參數(shù)以及施工工藝要求進行，破碎后碎石化層的粒徑、級配、回彈模量的檢測結(jié)果均滿足要求，質(zhì)量控制良好，達到了設(shè)計的預(yù)期效果。

［1］徐柱杰，凌建明，黃琴龍.舊水泥混凝土路面共振碎石化效果研究［J］.中國公路學(xué)報，2008，21（5）：26-32.

［2］熊斌丹，林欽國，呂勇衡.舊水泥混凝土路面碎石化后力學(xué)性能分析［J］.公路交通技術(shù)，2014（4）：10-13.

［3］湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院.益陽至常德高速公路大修工程一階段施工圖設(shè)計［R］.2014.

Application of Resonant Rubblizing Technology in Yiyang to Changde Expressway Engineering

Gui Qizhi，Zeng Hui
（JSTI Group， Nanjing 211112， China）

Combining with the application of resonant rubblizing in Yiyang to Changde expressway engineering， the working parameters of GZL600 full floating resonant rubblizing machine，construction preparation，construction technology of resonant rubblizing， quality requirements and so on are analyzed.

pavement repair； concrete pavement； resonant rubblizing； construction technology； quality inspection

U415.6

B

1672-9889（2016）01-0024-04

桂祈志（1982-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，工程師，主要從事路面技術(shù)咨詢及試驗檢測工作。

2015-05-15）