姜獻(xiàn)東

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127）

舊水泥路面共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用

姜獻(xiàn)東

（揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127）

針對舊水泥混凝土路面改造出現(xiàn)反射裂縫的問題，以YL路舊水泥路面改造工程為依托，調(diào)查研究水泥路面損壞狀況，提出3個不同改造方案：直接加鋪AC（瀝青混凝土）；多錘頭破碎后加鋪水穩(wěn)層和AC；共振碎石后加鋪AC。從技術(shù)、費(fèi)用、社會效益等多個角度進(jìn)行對比分析，結(jié)果表明：共振碎石化技術(shù)具有施工質(zhì)量佳、工期短、造價(jià)低以及社會效益好等特點(diǎn)。

舊水泥混凝土路面；反射裂縫；共振碎石化；路面施工

0 引 言

由于交通量增長迅速，中國國道、省道、干線公路普遍采用的水泥混凝土路面出現(xiàn)斷板、錯板、裂縫、剝落、坑洞等損害，常需要進(jìn)行路面改造或修復(fù)。目前的水泥混凝土路面改造主要有2種方式：一種是“白加白”，對舊水泥混凝土路面面層拉毛處理后加鋪一層水泥混凝土［1?2］；另一種是“白加黑”，把舊路面經(jīng)過注漿等工藝處理后作為下臥層，再加鋪瀝青混凝土或者橡膠瀝青混凝土。但是，這2種路面改造修復(fù)方式的最大問題都是反射裂縫［3?4］。

實(shí)際工程中有多種措施防治水泥混凝土路面的反射裂縫，如在兩層之間設(shè)置橡膠瀝青、土工織物，但都增加成本，且時間一長效果并不理想。為了能夠根治路面反射裂縫，有學(xué)者提出采用共振設(shè)備對舊水泥混凝土面板進(jìn)行破碎碾壓作為基層，然后再加鋪瀝青混凝土的方法［5?6］。與舊路面重建相比，水泥混凝土路面破碎后可直接作為路面基層，省去了基層的建造費(fèi)用，同時也避免了環(huán)境污染，作業(yè)速度快，不擾民［7?9］。

2004年3月RMI公司在中國公路第二屆科技創(chuàng)新高層論壇上做專題報(bào)告，介紹了共振碎石化技術(shù)。2005年，上海公路管理處聯(lián)合同濟(jì)大學(xué)、上海市蘭德公路公司，依托新衛(wèi)公路、金山大道、瀘青平公路3條試驗(yàn)路段，對共振碎石化技術(shù)的施工工藝與質(zhì)量控制等方面進(jìn)行研究。夏紅余以福州市東二環(huán)改造工程為背景進(jìn)行試驗(yàn)段研究，結(jié)果表明，碎石化技術(shù)能夠有效防止反射裂縫，同時縮短改造工期［10］。劉亞琳［11］以湖南長張高速公路改造工程為研究對象，通過對舊水泥路面注漿處治后直接加鋪瀝青混凝土和碎石化后加鋪瀝青層2種方法進(jìn)行對比，認(rèn)為碎石化技術(shù)防治反射裂縫的效果更優(yōu)。

本文針對舊水泥混凝土路面改造問題，結(jié)合YL路舊水泥路面改造工程，提出3個不同改造方案，從技術(shù)、成本、社會效益以及綜合費(fèi)用等多個角度進(jìn)行對比，以期總結(jié)出一種較為理想的改造方案，促進(jìn)共振碎石化技術(shù)的推廣應(yīng)用。

1 試驗(yàn)路工程概況

YL路改造工程位于揚(yáng)州城北部，南起揚(yáng)州迎賓館前長春路交叉口，北至揚(yáng)州西繞城高速的槐泗互通出入口處平交口，全長7?01 km，路面標(biāo)高呈中間高、南北低的趨勢（北邊比南邊相對較高）。

根據(jù)勘探揭示并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、巖土層的時代、沉積先后順序及顆粒粗細(xì)，在勘探深度內(nèi)共劃分3個工程地質(zhì)層，每個沉積層依據(jù)土質(zhì)狀態(tài)、顏色又分為多個亞層，如表1所示。

表1 路基土層分層及物理、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

調(diào)查YL路路面病害部位，并以路面狀況指數(shù)（PCI）為指標(biāo)進(jìn)行分析評價(jià)，結(jié)果見表2。

2 碎石化的破碎機(jī)理

共振碎石化技術(shù)的原理在于通過使共振設(shè)備產(chǎn)生的振動頻率與舊水泥混凝土板自身的固有頻率相同而產(chǎn)生共振，將舊混凝土板破碎成小的顆粒，然后加鋪瀝青混凝土。目前該技術(shù)能最徹底地解決路面反射裂縫問題［12?14］，與其他工法相比，其特點(diǎn)在于施工簡單、工期短、噪聲小、綠色環(huán)保。

表2 路面病害分析評價(jià)

水泥混凝土面板的自由振動頻率可按薄板振動方程求解，邊界條件與面板的破裂狀況有關(guān)。當(dāng)面板又有橫向裂縫又有縱向裂縫時，可視為四邊簡支。

四邊簡支時，面板的自由振動頻率

式中：a、b分別為面板的長度和寬度；m、n為振動頻率的階數(shù)；D為面板抗彎剛度；ρ、h分別為面板的密度和厚度。

則面板抗彎剛度

式中：E、μ分別為面板的回彈模量和泊松比。

3 方案比較

3．1 技術(shù)比較

YL路改造工程確定路面改造方法為“白改黑”，并結(jié)合典型工程采用的工藝，提出了3種方案：直接加鋪AC（瀝青混凝土）；多錘頭破碎后鋪水穩(wěn)層，再鋪AC；共振碎石后加鋪AC。

（1）直接加鋪AC的方案經(jīng)過省內(nèi)外多條公路的實(shí)踐，已經(jīng)證明效果較差［15?17］。因?yàn)樵嗷炷涟迨莿傂越Y(jié)構(gòu)，極易產(chǎn)生脆性破壞，造成瀝青柔性結(jié)構(gòu)層的反射裂縫。不管采取何種材料和路面結(jié)構(gòu)，該方案都不能根治反射裂縫，最多延緩裂縫的產(chǎn)生，為后期維護(hù)和大修帶來極大的麻煩。

（2）多錘頭破碎后鋪水穩(wěn)層和AC的方案是將800 kg的重錘提升到1?2～1?5 m的高度，利用強(qiáng)擊振力將水泥混凝土板破碎成不規(guī)則的大塊。其工程質(zhì)量的控制極難掌握，仍然有可能產(chǎn)生反射裂縫；同時，多錘頭破碎會擊碎原路面基層，破壞原有路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生新的病害［18］。

（3）共振碎石后加鋪AC的方案是通過共振碎石技術(shù)將原路面有規(guī)律地?fù)羲椋捎诠舱窈蟮乃喟迨巧舷路謱咏Y(jié)構(gòu)，上部碎石能有效隔絕反射裂縫，下部大料嵌鎖，保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度［19?21］。這種方案既理想又經(jīng)濟(jì)，但共振碎石后的結(jié)構(gòu)是介于半剛性基層和柔性基層中間的一種結(jié)構(gòu)，所以要設(shè)計(jì)好瀝青面層，使其既不產(chǎn)生反射裂縫，也不發(fā)生疲勞破壞。

綜合考慮YL路的老路狀況、投資規(guī)模、交通組織、施工周期等方面，推薦采取第3種方案。共振碎石工藝不僅優(yōu)化了路面結(jié)構(gòu)，變剛性面層為半柔半剛的基層，根治了“白改黑”結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反射裂縫的難題，解決了舊路面改造的質(zhì)量問題；又能夠作為路面基層直接使用，并與瀝青面層攤鋪同時流水作業(yè)，大大縮短了工期，減少了通行費(fèi)損失。另一方面，該方案節(jié)約了大量基層水穩(wěn)材料，大幅度降低了工程造價(jià)，解決了水泥混凝土碎塊垃圾的處理，完全符合業(yè)主“保證質(zhì)量、節(jié)省費(fèi)用”的要求。

3．2 成本比較

3．2．1 直接費(fèi)用

查閱揚(yáng)州本地造價(jià)信息，對3種改造方案的直接費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算比較，結(jié)果如表3所示。

表3 直接費(fèi)用比較元·m－2

3．2．2 間接費(fèi)用

（1）拌和設(shè)備及拌和場建設(shè)。多錘頭破碎后鋪水穩(wěn)層和AC的方案需2套水泥穩(wěn)定碎石和瀝青混凝土拌和、攤鋪施工設(shè)備，同時需要2處拌和場，拌和場建設(shè)費(fèi)用按500萬元計(jì)；而共振碎石后加鋪瀝青和直接加鋪瀝青面層方案，只需1套瀝青混合料的拌和與攤鋪設(shè)備，按此計(jì)算YL路改造可節(jié)約近500萬元。

（2）施工工藝與施工組織。多錘頭破碎后鋪水穩(wěn)層和AC的方案使用2種材料、2套設(shè)備，施工工序多、工藝復(fù)雜，對技術(shù)人員要求高；需要開辟多個施工工作面，對施工組織、材料供應(yīng)、交通管理造成較大的困難，容易出現(xiàn)窩工，影響工期。

（3）工期。多錘頭破碎后鋪水穩(wěn)層和AC的方案由于鋪筑水泥混凝土或水穩(wěn)層需要7 d以上的養(yǎng)生周期，無法流水作業(yè)，下道工序只能按部就班地等上道工序完工才能開始施工，施工速度慢，且目前YL公路改造安排工期6個月，時間緊張。

直接加鋪方案由于在加鋪前需要對舊水泥板進(jìn)行壓漿、換板、裂縫處治等，并鋪設(shè)土工合成材料防裂層或應(yīng)力吸收層，相應(yīng)的準(zhǔn)備周期依然很長，但總工期可節(jié)省1個月。

共振加鋪方案中共振碎石和瀝青加鋪可同時流水作業(yè)，施工進(jìn)度快，正常情況下共振碎石和瀝青面層施工一天可完成半幅施工500 m以上，總工期可以節(jié)約2個月左右。

3．3 社會效益

對已投入使用的公路，如果采用半幅雙向通行方式進(jìn)行施工，將對人們的出行和運(yùn)輸造成極大影響：輕則車輛大量擁堵，產(chǎn)生環(huán)境污染，出行成本提高，時間浪費(fèi)嚴(yán)重；重則不斷引發(fā)交通事故，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來極大的隱患。

采用水泥路面共振碎石技術(shù)施工，只要能將來往車輛速度控制在40 km·h－1內(nèi)，就不會沖擊共振碎石下部的嵌鎖層，從而保證碎石基層的強(qiáng)度；同時在通行車輛的膠輪碾壓下，碎石上部細(xì)粒層形成板結(jié)體，提升了回彈模量，更有利于上基層的穩(wěn)定。所以，可以開放交通進(jìn)行共振施工；同時，碎石層壓實(shí)后即可直接加鋪瀝青面層，大大縮短了施工周期。

3．4 綜合費(fèi)用

對3種改造方案的綜合費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算比較，結(jié)果如表4所示。

表4 綜合費(fèi)用對比

4 結(jié) 語

（1）共振碎石工藝不僅優(yōu)化了路面結(jié)構(gòu)，變剛性面層為半柔半剛的上基層，根治了“白改黑”結(jié)構(gòu)中的反射裂縫難題，解決了舊路面改造的質(zhì)量問題；又能夠作為路面基層直接使用，并與瀝青面層攤鋪同時流水作業(yè)，大大縮短了工期。

（2）共振碎石后加鋪AC的方案可縮短工期，減少通行費(fèi)損失；同時節(jié)約了大量水穩(wěn)基層材料，大幅降低了工程造價(jià)和日后的維護(hù)成本，一舉解決了碎塊垃圾的處理問題，有利于減輕白色污染，是舊水泥混凝土路面翻修改造的理想方法，完全符合業(yè)主“保證質(zhì)量、節(jié)省費(fèi)用”的要求。

（3）傳統(tǒng)的舊水泥路面改造方式對人們的出行和交通運(yùn)輸造成極大的影響。采用水泥路面共振碎石技術(shù)施工，只要能將來往車輛的速度控制在40 km·h－1內(nèi)，就不會沖擊共振碎石下部的嵌鎖層，可以開放交通進(jìn)行施工。

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［責(zé)任編輯：高 甜］

文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則

《筑路機(jī)械與施工機(jī)械化》雜志已于2006年開始實(shí)行文后參考文獻(xiàn)新規(guī)范，請作者在投稿時注意參考文獻(xiàn)著錄項(xiàng)目是否齊全。專著必須注明所有作者、題名、其他題名信息、出版地、出版者、出版年份及引文頁碼；如果是專著中的析出文獻(xiàn)，還需要注明析出文獻(xiàn)所有作者及析出文獻(xiàn)題名。雜志期刊必須注明文章所有作者、文章題名、雜志名稱、其他題名信息、年份、卷號、期號、文章析出的起迄頁碼。專利文獻(xiàn)必須注明專利申請者或所有者、專利題名、專利國別、專利號、公告日期或公開日期、引用日期。

Study on Application of Resonant Crushing Technology in Existing Cement Concrete Pavement

JIANG Xian?dong
（School of Architecture，Yangzhou Polytechnic Institute，Yangzhou 225127，Jiangsu，China）

In view of the problem of reflective cracks in the reconstruction of existing cement concrete pavement，the reconstruction project of YL Road was taken to investigate the damage condition of its cement concrete pavement．Three different transformation programs were put forward，including the direct overlay with asphalt concrete，crushing with multi?head hammer and paving cement stabilized macadam and then asphalt concrete，and applying resonant crushing technology and placing asphalt concrete afterward．A comparison was conducted in aspects of technical advantages，costs and social benefits，and the results show that the resonant crushing technology is characterized by good construction quality，short construction period and substantial social benefits．

existing cement concrete pavement；reflective crack；resonantcrushing；pavementconstruc?tion

U418．4

B

1000?033X（2017）08?0098?04

2016?12?24

揚(yáng)州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（YZ2016092）；江蘇省高校自然科學(xué)研究面上項(xiàng)目（16KJB560024）作者簡介：姜獻(xiàn)東（1979?），男，江蘇揚(yáng)州人，碩士，講師，研究方向?yàn)榈缆饭こ獭?/p>