旧水泥混凝土路面白改黑的共振碎石化技术

    某工程老路路面为水泥混凝土路面，修建于1994～1995年。多年来，当地经济快速发展，车辆增长极快，交通量急剧增加，道路交通极其繁忙，对道路造成的破坏迅速增大，尤其是超载重车。经过几年的运营，路面出现了不同程度的损害，水泥路面主要表现为面板的破碎，角隅断裂、坑洞、裂缝。这些问题影响了行车的安全性和舒适性，影响了道路的使用性能。依靠日常的修补已不能解决问题了，急需对该路段进行路面大中修。
    老路标准横断面布置为:2×5m(人行道)+2×2.25m(非机动车道)+2×3.75m(非机动车道)=29.5m;老路的路面结构为水泥混凝土路面，结构层组成为:22cm水泥混凝土面层+20cm水泥稳定碎石基层+15cm级配碎石底基层。
    据现场调查情况，老路路面大多存在错台、板块破裂、断角等现象，对行车的安全及舒适感造成很大的影响。路面破坏均因路面强度不足或行车荷载的重型化引起，路基强度基本能满足路面设计要求。
    水泥混凝土路面白改黑的共振碎石化方案设计
    共振碎石化方案选择
    该工程大修路段为水泥混凝土路面改建为沥青混凝土路面。在对比研究众多类似工程案例后，采用共振碎石化处理技术方案比已采用过的其他方案具有明显的优势。共振碎石化即对旧水泥混凝土板进行破碎，将该破碎层直接作为道路基层，在其上加铺沥青混凝土面层。碎石化处理技术采用的共振设备是利用振动梁带动工作锤头振动，调整振动频率使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，即可轻而易举的将水泥混凝土面板击碎，共振碎石化作用力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使板块均匀碎裂，并且使上部的破碎粒较小，下部的破碎粒较大，这样给结构带来了更大的好处，首先是小颗粒可更好地消除反射裂缝，同时下部的较大颗粒提高了路基的承载车。
    碎石化处理技术施工周期短(一天可破碎一条车道1.6～2.7km)、对交通影响小，适用于路况差、在设计使用期末、有碱集料反应的水泥混凝土路面的改建，同时应用碎石化技术重建的路面结构整体性好，基层受力均匀，可减少旧路面混凝土块的清除，堆置等费用及建筑垃圾问题，节约投资，加快进度，有利于环保，是目前世界上既能利用旧混凝土板又能解决反射裂缝的较好工艺。
    厚度的计算确定
    沥青路面的厚度设计主要是根据多层弹性连续体系的理论，以满足设计弯沉的要求而计算得到。根据现有交通量，计算在设计使用年限内一个车道上的累计标准当量轴次(BZZ－100)。沥青路面设计弯沉为:Ld=600Ne－0.2Ac•As•Ab=58.9。
    由于计算沥青加铺层厚度的关键是确定碎石化层的模量，因此，设计时采用碎石化层的抗压模量为250MPa(根据近几年来在当地所实施的经验可以满足要求)，以求得沥青加铺层的厚度，沥青加铺层分为2层结构，上面层厚度为定值，采用7cmAC－16C中粒式沥青混凝土，下面层采用8cmAC－25C粗粒式沥青混凝土。经计算，沥青上面层厚度7cm时，满足本次设计要求。
    路面结构设计
    对原有水泥混凝土路面经共振碎石化基层后，经碾压密实，直接加铺7cmAC－16C中粒式沥青混凝土+8cmAC－25C粗粒式沥青混凝土。对于与老水泥路面接头处，则挖除多余厚度的水泥混凝土碎石化基层使设计沥青路面高程与老路面接顺。
    共振碎石化施工技术
    碎石化共振设备
    碎石化共振设备的发动机功率为256～442kW，总重达27.1～31.8t。锤头宽152～305mm，重23kg左右，冲击力大约可达52MPa，锤子只能垂直上下移动而不能作水平移动，一天可破碎一条车道1.6～2.7km。
    该碎石化共振设备可以将水压能量由一根方形钢梁(宽457～662mm)传递给锤头，以产生42～47Hz频率的振动谐波，振幅达到10～20mm。
    在水泥混凝土路面破碎后，颗粒相互齿合嵌挤，可看成为上下2层:上层是碎石层，下层是板体性比较好但是有许多裂缝的破裂层。裂缝与水平面角度成42°～46°，即基础是沿最大的剪切面破裂。按照这种角度破裂的形状，可以获得比垂直破裂更加大的模量。因此，可将荷载分散到更大的范围，其模量比其他破碎方法更大。
    共振碎石化施工程序
    (1)设置排水系统。通过安装路面边缘排水系统即可达到目的，待旧水泥混凝土路面破碎完以后，该排水系统就相当于排水基层排水系统。排水系统应该在碎石化施工前开始安置。
    (2)清除旧水泥混凝土路面的沥青补块，并用粒料填补。旧路上若存在的沥青补块，考虑其会吸收一部分共振时产生的能量，并且会降低共振机械的工作效率，故有必要对其清除，同时用符合要求的粒料对其进行填补。
    (3)试振，同时进试坑检查。旧水泥混凝土的破碎质量主要是受到了破碎的振幅、破碎机施工速度、破碎的顺序、破碎的施工方向以及不同基层的强度及刚度条件对破碎机需要调整要求等，都对旧水泥通面层的破碎程度，粒径大小的排列和形成的破裂面方向会产生相应的影响。因此，这就要求项目在开始之前应先进行试破碎，并通过开挖样洞，以检查破碎粒径分布的情况及均匀程度，以此确定破碎机施工的参数以及施工的组织措施。
    试坑要求采用密级配粒料回填并且要求压实，假如破碎后的混凝土路面的粒径不能达到设计要求，则破碎程序或破碎参数必须要求进行调整，直到试振区的破碎结果能满足要求，并记录此时合乎要求的设置参数。
    共振碎石化施工注意事项
    (1)在破碎之前，用洒水车在需要破碎的路面上洒水。洒水的时间要求与进行破碎的时间不应相隔的太久，从而控制施工中的扬尘现象。
    (2)有下列情况，需考虑对旧水泥混凝土路面进行纵向切割(切割深度贯穿旧水泥混凝土路面，切1～2条)。因为在共振作业的时候，锤头下的旧水泥混凝土会向四周扩张，需要给它提供一定的伸缩位移空间。道路无中央分隔带，即道路整幅路面，路侧又没有破碎层的伸缩空间。板体性很强的路面，例如连续配筋的水泥混凝土路面。
    (3)路面破碎完后，应清除接缝之间的松散填料和较大粒径(尺寸)的碎石块(清除大于5cm的碎石块)，采用密级配碎石粒料回填;对于破碎后有大约5cm的凹地同样需采用级配碎石粒料回填的方法。
    (4)进行沥青面层的摊铺:摊铺时间与碾压时间之间不能相隔太久，最好是碾压完之后马上进行摊铺，从而减少车辆交通和雨水对破碎后水泥层的影响。车辆如果在碾压完之后的路面上行驶，可能会改变碎石层的均匀性;而在下雨后，雨水渗透到碎石层，其会沿着碎石层下的裂缝渗透，以至于对旧水泥混凝土层和下面的基层、垫层造成不利影响。
    结语
    本文对旧水泥混凝土路面白改黑改建工程的共振碎石化技术进行探讨，以某工程路面大中修工程为例，对水泥混凝土路面白改黑的共振碎石化法的设计和施工技术进行探究。从工程实施效果表明，本工程中所采取的共振碎石化技术效果显著，可有效避免沥青面层反射裂缝的展开，有利于加快工程进度，减少对周边环境以及周边交通的影响。因此，共振碎石化技术在旧水泥混凝土路面白改黑建设中有广阔的前景。