共振碎石化路面白改黑应用研究.pdf

Vol.49,No.9September,2023摘要：如何有效抑制反射裂缝是水泥路面白改黑工程的关键问题之一，结合某工程案例探讨了共振碎工艺在白改黑工程中的应用，通过理论计算提出了改建后的路面结构，并介绍了相应的施工要点，为路面白改黑工程提供了可借鉴的经验。关键词：共振碎石化；白改黑；反射裂缝；水泥路面中图分类号：U416.2文章编号：16 7 2-40 11(2 0 2 3)0 9-0 16 8-0 3D01:10.3969/j.issn.1672-4011.2023.09.065Study on the application of resonancefragmentation in pavement white to blackZHANG Xiamenge,LIU Zhje,MA Tiant,CHENG Meng,SHEN Wentaol.(1.State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd.Construction Branch,Nanjing 210000,China;2.State Grid Jiangsu Electric Power Engineering ConsultingCo.,Ltd.,Nanjing 210000,China;3.Zhejiang Institute of Digital Communications TechnologyCo.,Ltd.,Hangzhou 310000,China;4.State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)Abstract:How to effectively inhibit the reflection crack is one ofthe key problems in the project of cement pavement white toblack.This paper discusses the application of resonance crushingtechnology。T h e p a v e m e n t s t r u c t u r e a f t e r r e c o n s t r u c t i o n i s p r o-posed by theoretical calculation.The corresponding constructionpoints are introduced.It provides a reference experience for theroad white to black project.Key words:resonance fragmentation;white to black;reflectioncrack;cement pavement0 引 言水泥混凝土路面板块之间存在接缝，且混凝土刚度大，车辆行驶过程中会有较大的噪音和振动情况。随着经济的发展,社会各界对行车舒适性都提出了更高的要求，将原来水泥混凝土路面改变成沥青路面（简称为路面白改黑）的需求也随之增加。在水泥混凝土路面上直接加铺沥青面层，受行车荷载作用，新的沥青面层在旧板块间的接缝处易产生应力集中现象，进而导致反射裂缝的发生。将旧水泥路面板碎收稿日期：2 0 2 3-0 3-2 8作者简介：张献蒙（19 9 0 一），男，江苏徐州人，硕士，工程师，主要从事输变电工程道路工程新技术研究和应用工作。1685川建材SichuanBuildingMaterials共振碎石化路面白改黑应用研究张献蒙12,刘志洁”,马，天4，程蒙1-2,沈文韬1.2（1.国网江苏省电力有限公司建设分公司，江苏南京2 10 0 0 0；2.国网江苏省电力工程咨询有限公司，江苏210000;3.浙江数智交院科技股份有限公司，浙江杭州310000;4.国网江苏省电力有限公司，江苏南京2 10 0 0 0）石化后，作为新建沥青路面的基层，则能有效解决反射裂缝的问题。同时碎石化工艺也是对旧水泥混凝土的再生利用，减少了废弃建筑垃圾。1共振碎石化研究现状国内学者通过有限元手段对比了是否碎石化对加铺后文献标志码：A沥青路面结构应力的影响，结果表明碎石化后沥青加铺层层底具有更好的受力特性，与不破碎直接加铺相比,能显著降低沥青加铺层底反射裂缝的可能 。碎石化技术在我国已相对成熟，且得到广泛应用，碎石技术可分为传统的冲击碎石和先进的共振碎石两种，相应的机械设备为多锤头型破碎机和共振破碎机。传统的冲击碎石利用液压镐在液压冲击力的作用下，使水泥混凝土路面由表及里产生裂纹，进而产生破碎，破碎效率较低。而共振碎石则是利用水泥混凝土固有频率共振原理，使水泥混凝土内部产生共振，裂纹由里及表，破碎均匀，破碎效率高，破碎后的旧料可以现场利用,铺筑成高强粒料基层 2 。共振碎石化与冲击碎石化相比具有一定的优势，可以通过改变共振梁的激振频率和振幅控制破碎后粒料的颗粒尺寸。施工过程中对混凝土路基层影响小，不会产生纵深裂缝,且可以控制破碎深度。机械操作者操作舒适性好，不会产生环境噪音和振动污染，且破碎施工效率高，交通影响小。共振碎石化适用性较广，特别是对于道路周边有结构物或者山区临崖路段，多锤头碎石化产生较大的能量，对周边影响较大，而共振碎石化工艺则相对安全。2工程实例2.1工程概况某公路全长1.55km，设计时速6 0 km/h，双向四车道，路面宽度为16 m，横断面由4块水泥混凝土路面板组成，每块水泥混凝土路面板宽4m，长5m。现状路面结构为2 4cm水泥混凝土面层+2 0 cm水稳基层+15cm水稳底基层。水泥混凝土路面板原设计弯拉强度为4.5MPa。该路面已经通车运营15年，期间经过2 次路面大中修，对破损板块进行维修更换。但随着社会发展，该路段交通量逐年增加，重车比例提升，路面出现了碎板、横向裂缝、板角断裂、边角剥落、坑洞、露骨等病害。经调查统计，双向共计1252块板，断板率为2 3.6%，断板率分级为差（2 0%），其中上行为18.1%，下行为2 9.2%。上行PCI指标为7 5（评定等级为中），下行PCI指标为6 2（评定等级为次）。路面结构总体损坏严重，驱待提升改造。2.2路面结构方案由于断板率较高，将原有水泥板块修复后再加铺沥青面层的方案仅能延缓路面白改黑后的裂缝反射问题，且水泥混第49 卷第9 期2023年9 月南京第49 卷第9 期2023年9 月凝土板块修复工期长，施工繁琐，路面平整度对施工工艺要求较高。将旧水泥混凝土路面碎石化再加铺沥青面层的方案可从根本上解决反射问题，且施工连续，有利于控制路面平整度。碎石化后经过碾压，可以使原水泥板块的脱空部位填充密实，减少基层病害。2.3路面结构计算分析该公路为二级公路，新建沥青路面设计使用年限为12年，大型客车和货车双向年平均日交通量30 11辆/日，交通量年平均增长率2.5%，设计车道累计大型客车和货车交通量为6 2 539 38 辆，为中等交通荷载等级。干湿循环或冻融循环条件下路基土模量折减系数0.9 5，方向系数0.55，车道系数0.7 5。路面结构5cmSBS改性沥青AC-16C7cm普通沥青AC-20C26cm水泥稳定碎石24cm共振碎石层第二种工况根据公路水泥路面共振碎石化及沥青路面加铺设计和施工技术规范（DB33/T21912019）【4)，再生后碎石层材料参数预估值取50 0 MPa，可靠度系数取1.15，根据式（2）得到碎石层材料参数预估值为50 8 MPa。初步拟路面结构模量/MPa弯拉强度/MPa泊松比5cmSBS改性沥青AC-16C11 0007cm普通沥青AC-20C10 00015cm水泥稳定碎石12.00024cm共振碎石层43520cm旧水稳基层7 00015cm旧水稳基层7 000路基40由以上两种工况下的分析结果可以看出，在现状交通量条件下,新建路面结构需要至少增设一层水泥稳定碎石基层,两者分析结论一致。但由于两种工况的路面计算模型和材料参数取值不同，水泥稳定碎石基层的厚度为15 2 6 cm不等。因此，在碎石化施工完成后，应实测碎石层顶面当量回弹模量以验证路面结构计算结果，优化路面结构设计。2.4施工方案1)施工准备。共振碎石化施工前应检查路面周边结构物以及综合管线，确保施工不对周边构筑物和路面下方综合管线造成破坏。检查道路的排水设施，确定是否能够利用原有排水系统或新建排水系统。地下管线竖向安全距离在大于0.8 m时可正常施工,在0.5 0.8 m需充分调研论证,在小于0.5m时原则上不得实施 5，需要采取保护措施或者进行管线迁改。对于施工区域周边受振动影响敏感的建筑物、构筑物需采取隔振措施，在路肩外侧不宜小于1m内开挖深度50 8 0 cm，宽度30 50 cm的隔振沟。2)机械设备参数。共振碎石化施工前需要准备试验路段，通过试振确定振幅、频率、施工速度等相关施工参数。共振式破碎设备是利用振动梁带动工作锤头振动，通过调节锤川建材SichuanBuildingMaterials在路面结构计算分析时，可将碎石层分为两种工况进行结构验算，第一种工况是以共振碎石化后的碎石层顶面当量回弹模量作为新建路面结构的路基顶面回弹模量进行结构验算；第二种工况是模拟路面结构,将老路路基、老路基层、共振碎石层以及新建沥青路面结构层一同进行结构验算。第一种工况根据公路水泥混凝土路面再生利用技术细则（JTG/TF312014）【3，再生后顶面当量回弹模量预估值取2 0 0 MPa，可靠度系数取1.15,根据式(1)得到顶面当量回弹模量预估平均值为19 0 MPa。初步拟定新建路面结构为5cmSBS改性AC-16C+7cmAC-20+26cm水泥稳定碎石基层+共振碎石层。路面结构计算如表1所示。E;=E,/R,=190 MPa表1路面结构计算（工况1)累计作模量/MPa弯拉强度/MPa泊松比用次数11 000一10000一12.0001.6190一表2 路面结构计算（工况2）累计作用次数一0.25一0.251.60.25一0.350.90.250.90.25一0.4Vol.49,No.9September,2023(1)沥青混凝土对比值永久变形量/mm0.25一0.25一0.257.05 10 80.4一定新建路面结构为5cmSBS改性AC-16C+7cmAC-20+15cm水泥稳定碎石基层+共振碎石层。路面结构计算如表2所示。E=Eo/R,=435 MPa沥青混凝土对比值永久变形量/mm一4.59一7.05 108一7.05 10 87.05 108一头的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发板块共振，将水泥混凝土面板破碎。共振破碎机振动频率一般在4060Hz，振幅10 2 0 mm，锤头宽度150 30 0 mm，发动机功率不低于37 3kW。3）破碎板修复。为保证板块破损均匀，旧水泥路面板破碎严重的应凿除后重新浇筑新板块。重筑的水泥混凝土板强度达到设计强度的7 5%以上时，再进行共振破碎。4)共振碎石化施工。共振破碎机按照行车方向行走，在共振作业时锤头下的旧水泥混凝土会向四周扩张，需要提供一定的伸缩位移空间，因此，破碎顺序从水泥板块边缘向路中进行破碎。对于水泥板边缘有路侧石、排水沟等其他构造物，需挖除后再进行共振施工。施工完成后，对于碎石层表层局部存在的大于10 cm的碎块，应清除并采用级配碎石回填。碎石层外露的钢筋应剪除至碎石层顶面以下。共振破碎后，碎石层可看作两层，上层粒径在0 10 0mm，下层粒径为10 0 2 40 mm。水泥混凝土路面碎石化后颗粒相互啮合嵌挤，裂缝多为与水平向成42 46 的夹角，即基本沿最大剪切面破裂，这种角度破裂可获得比垂直破裂更(下转第17 8 页）.169.验收弯沉4.5920 mm一7.54 108一一20 mm一3.03 10一一一一17.3(0.01 mm)一93.4(0.01 mm)验收弯沉29.9(0.01 mm)一一1.80 10 12一1.39 10 l一一443.5(0.01 mm)(2)Vol.49,No.9September,2023施工现场的实际情况作为切入点，积极融合各种因素，保证设计方案的可行性，还要对工程数据的实施进行计算，防止后期因数据错误发生设计问题。2.4提高道路桥梁工程中施工材料的质量施工材料的质量直接影响着道路桥梁工程的整体质量，尤其是在选择混凝土时，倘若未区分混凝土颗粒的大小与差别，会对路面造成危害，使路面变得不平整，出现坑洼，甚至还会在路面经过碾压后发生断裂的情况。与此同时，施工材料本身的强度也会影响道路桥梁的实际使用寿命。所以在设计道路桥梁时，需要全面考虑施工现场的自然地理环境与水文特征等多方面因素，结合实际情况对施工材料的种类和标准进行适当的调整 7 。因此,在设计与建设道路桥梁工程时，相关的工作人员需要准确把握具体的施工环境，确保施工材料与实际需求相符。2.5加强重视生态环境平衡工程设计技术人员在设计城市的道路桥梁工程时，不但要让工程设计的质量达到国家有关规定，还应当高度重视城市道路桥梁建设对生态环境所造成的负面影响，以避免过度占据具有极高使用价值的建设用地资源，并尽量避让高校、商场等一系列重要建设用地。同时按照国家有关规定，对城市的道路系统进行绿色设计，以有效提升我国城市的生态环境，丰富城市生态景观。在控制区域内，除修建城市规划中所必需的基础设施以外，其余设施均宜采用绿色设施。此外，在设计交通桥梁工程时，还需要设置限速隔离带，并适当扩大绿化区的整体面积，以此来有效吸收汽车尾气，从而实现对我国空气质量的进一步改善，降低因道路桥梁工程的施工建设对人民生活造成影响。2.6加强道路桥梁的维护检测工作道路桥梁工程投人使用后会在车辆荷载与外部因素的影响下降低自身结构性能，产生质量问题，同时若所使用的施工材料质量不达标，以及工艺流程不符合标准，会在一定程度上扩大缺陷范围，影响道路桥梁工程的整体性能。因川建材SichuanBuildingMaterials此，应在设计过程中适当应用现代信息技术，建立完善的工程养护监测系统,加强对工程的日常巡检与维护，及时处理工程中所存在的缺陷，确保工程的综合性能始终保持在良好状态。与此同时,应严格把控工程中每一个施工环节的质量，对工程质量的检测与施工巡视加以重视，积极使用绿色施工技术，科学、合理地利用新工艺，做好施工现场的检测，保证道路桥梁工程的整体质量。3结束语道路桥梁工程的建设作为我国城市基础设施建设的核心部分，并且还是一项有着较高复杂性、涉及范围相对较广的工程，因此，工程设计人员应结合工程的实际情况做好道路桥梁设计工作，全面分析影响工程的不良因素，同时采用具有一定针对性的预防措施，以此保证道路桥梁工程设计方案的合理性和科学性,进而提升道路桥梁工程的稳定性。ID:015501 参考文献：1万魁.浅谈道路桥梁设计的现状与改善措施 J.居业，2 0 1 9，37(12):39,41.2赵利明.道路桥梁设计的现状与改善措施探析 J.现代物业，2019,18(11):68.3王红艳.道路桥梁设计的现状与改善措施探析 J.黑龙江交通科技,2 0 1 9,42(1 0）:3 0-3 1.4李申.道路桥梁设计的现状与改善策略的探讨 J.科学技术创新,2 0 1 9,2 3(2 6)：1 0 4-1 0 5.5张宁.道路桥梁设计现状与改善措施研究 J.河南科技，2019,38(11):98 99.6张永娟.道路桥梁设计的现状与改善措施探析 J.绿色环保建材,2 0 1 8,5(1 2):1 2 2,1 2 4.7曹佳媛.道路桥梁设计中的隐患及解决措施 J四川建材，2020,46(2):152-153.第49 卷第9 期2023年9 月（上接第1 6 9 页）大的模量，可将荷载分散到更大的区域内获得比其他破碎方法更大的模量。5）沥青路面施工。碎石层宜洒水碾压，碎石层的碾压应按初压、复压、终压三个阶段进行，碾压设备采用钢轮压路机、钢轮振动压路机或轮胎压路机。碎石层经过碾压后，还需铺筑一层水泥稳定碎石,再铺筑7 cmAC-20+5cmSBS改性 AC-16C。3结语共振碎石化在路面白改黑工程中具有明显的优势，与在旧水泥板上直接加铺沥青层的方案相比，碎石化工艺能够有效缓解旧水泥板接缝处应力集中现象，有利于防止反射裂缝的产生。同时也能有效利用旧水泥混凝土板块，避免了大量挖方和弃方，实现了资源的重复利用，起到了节能环保的作用。共振碎石化工艺适用性较广，但在施工过程中需要注意共振施工对周边建筑物的安全影响。在碎石化施工完成后，还需注意对碎石层进行质量检查，并实测碎石层顶面当量回弹模量，路面结构设计应根据实测结果进行动态调整。参考文献：1黄黄晓明，张玉宏，李昶，等.水泥混凝土路面碎石化层应力强度因子有限元分析 J.公路交通科技，2 0 0 6,2 3（2）：5 2-5 5.2马建，孙守增，芮海田，等.中国筑路机械学术研究综述2018J.中国公路学报,2 0 1 8,3 1（6)：1-4.3中华人民共和国交通运输部.公路水泥混凝土路面再生利用技术细则：JTG/TF312014S .北京：人民交通出版社,2 0 1 4.4中华人民共和国交通运输部.公路水泥路面共振碎石化及沥青路面加铺设计和施工技术规范：DB33/T21912019S.北京：人民交通出版社，2 0 1 9.5徐洲.共振碎石化技术在水泥混凝土路面破碎中的应用J.科学技术创新,2 0 2 2,2 6（2 0）：1 3 7-1 40.6徐柱杰，凌建明，黄琴龙.旧水泥混凝土路面共振碎石化效果研究 J.中国公路学报，2 0 0 8,2 1（5）：2 6-3 2.ID:015575.178