浅谈共振碎石在水泥混凝土路面“白加黑”大修工程中的应用.pdf

2 0 1 4年 7 月第 7 期 城 市道桥 与 防洪 管理施工 2 8 5 浅谈共振碎石在水泥混凝土路面“ 白加黑” 、 大修工程中的应用 张 维 文 ( 上海浦东城市建设实业发展有限公司，上海市 2 0 0 1 3 6 ) 摘要： 该文通过对目前水泥混凝土路面大修加罩方法的比较分析， 详细阐述了共振碎石化技术的机理 、 优缺点， 并对共振碎石 化施工及验收方案进行了深刻分析和探讨 ， 为今后旧水泥混凝土道路的大修提供建议方案。其成果对该类工程的设计、 施工具 有一定的借鉴和指导意义。 关键词： 道路改建； 共振碎石化； 白加黑 中图分类号 ：U 4 1 8 8 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 2 8 5 0 3 0 引言 上世纪后期尤其是改革开放以来 ，由于水泥 混凝土路面具有强度高、使用寿命长等优点，在全 国各地得 到迅速发展 。随着通 车里程 的逐年增加 ， 早期建成的水泥路面接近设计年限。同时， 伴随经 济快速增长，交通流量及交通轴载逐年增加，路面 超载日益严重，旧混凝土路面出现了不同程度的结 构性损坏，导致路面板块断裂、错台断高严重，路 面平整度差，行车噪音大、舒适度差，道路的通行 能力及服务水平下降。随着对行车质量和道路通行 要求的不断提高，混凝土刚性路面的各种缺陷和不 利于养护的各种弊端逐渐显露出来。 然而 ，沥青混凝土柔性路 面却具有表 面平 整 、行车舒适 、噪音小 、耐磨及易于养护等特 点。因此 ，如何利用旧混凝土路面 ，同时利用两 者的优点 ，克服两者的缺点，在旧水泥混凝土路 面上加铺 沥青混凝 土面层 ，即“ 白加黑” ，是 目前 较为常用的维修方案。 目前对旧水泥混凝土路面“ 白加黑” 的改建方 法大致分 为不破碎板和破碎板两类 。 不 破碎 板 类 的处 理 方 法 主要 有 基 层灌 浆 加 固、在旧板上加铺沥青面层 、移除旧板后加铺新 面层等。但这些方法都存在一些缺陷：或耐久性 不好 ；或无法解决反射裂缝问题 ；或施工周期 长，以及造成大量道路材料的废弃和二次搬运 ， 对周围环境和交通运输造成很大影响。 而破碎板类是将旧水泥板破碎后作为新建沥 青路面的基层或底基层 。可以彻底消除反射裂 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 0 4 2 3 作 者简 介 ： 张 维文 ( 1 9 6 4 一) ， 男， 安徽 合肥 人 ， 高 级工 程师 ， 从 事城市 建设工 程技术 开发工作 。 缝 ，对环境 、道路耐久性 、行车舒适性 、缩短施 工周期方面有诸多好处。因此，旧水泥混凝土板 破碎技术是当前该类路面改造中很有应用前景的 一 种方法 。 1 共振碎石化作用机理 1 1反射裂缝的成 因 水泥板块直接沥青加罩 ( 白改黑 ) 致命的缺 点易引起反射裂缝 。 旧混凝土 面层在 接缝 或裂缝附近 的较大位移 引起其上方沥青加铺层内出现应力集中，它包括 因温度变化引起水泥混凝土膨胀或收缩而产生的 水平位移，以及因交通荷载作用而产生的竖向剪 切位移。当水泥板块接缝传荷能力不足时，沥青 加铺层在接缝处产生的竖向剪切应力会很大，从 而在接缝上方的加铺层内产生应力集中，导致反 射裂缝的产生。 1 2共振碎石化技术特点及作用机理 根据国内外的研究成果和实践经验 ，防止反 射裂缝主要从应力消散和沥青面层加筋两方面加 以考虑 ，而共振碎石化技术特点正好满 足要求 。 共振破碎技术是将持续产生的高频低幅的振 动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块内，让水 泥板与之产生共振，使得板块整体均匀碎裂，且 碎块 大小 和方 向极其规 律 ，里 面的钢筋也与混凝 土之间完全剥离。共振破碎后的裂纹与路表大致 呈 3 5 。 4 0 。 夹角，这种独特的斜向受力和嵌紧结 构大大增强了碎裂后结构的承载力。混凝土面板 共振破碎后 ，相互齿合嵌挤 ，可看成是两层 ，底 层碎块粒径稍大且相互嵌锁 ，有利于破碎后 的结 构仍保持有较好的承载力 ；表层碎块粒径略小 ， 力学模式更趋向于级配碎石。根据研究资料报导 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 8 6 管理施工 城 市道桥 与 防洪 2 0 1 4 年 7 月第 7 期 “ 共振碎石层的力学特性更接近于柔性基层 ，其 抗 变 形 能 力 是 一 般 高 品 质密 级 配 碎 石 的 1 5 3 倍 。 ”所以，破碎层整体为仍具有相当结构承载 力的柔性基层。目前我国使用的半刚性基层 自身 存在 着不 可克 服 的缺点 ：温缩 、干 缩 、产 生裂 缝 ，导致 结构层早期 损坏 ；使 道路路 面进行 “ 开 膛破肚式” 大修。 而柔性基层则不同，其破坏模 式 主要 为路面层 表面一定 范围 内的功能性破 坏 ； 旧水泥 路 面改造 中应 用共 振碎 石 化技 术优 化 了 新 的路面结构 ，使层间结构更稳定更相容 ，成 为完全柔性路面，达到使用品质高 ，寿命长 的 特 点。 2 共振设备的选型 目前 ，用于水泥路面共振碎石化处理的机械 有两种 ，单头共振式破碎机和多头冲击式破碎机。 单头共振式破碎机采用高频低幅的原理 ，对 地下管线的影 响较小 ，噪音相对较小 ，适用 于城 镇道路，破碎单价较高 ；多头冲击式破碎机采用 低频高幅的原理，振动强度大 ，对地下管线影响 大，噪音相对较大，适用于公路 ，破碎单价较低。 3共振碎石化 施 工工艺 3 1 破碎前调查及准备工作 ( 1 ) 查明道路地质情况 ，查明沿线地下管线 情况 ，对所有管线所在线位进行标注，与其管养 单位进行沟通协商保护措施。 ( 2 ) 查明道路沿线房屋建筑情况 ，评估碎石 化技术施工是否会影响周边建筑。 ( 3 ) 查明沿线桥涵分布状况 ，桥涵两侧至少 预留 1 0 m范围不能共振破碎，以免影响桥涵的结 构安全性 。 ( 4 ) 下列情况 ，需对旧混凝土路面进行纵向 切割，为混凝土破碎后向四周扩张预留伸缩空间。 a 路面较宽( 4 车道及其以上) 。 b 城市道路外侧有 坚硬 的路缘石 或非机 动车 道、人行道，不便向外侧扩张。 c 无中隔带的路面左右幅相连，无伸缩空间。 3 2 试振及开挖试坑检查 旧水泥混凝土破碎质量主要受破碎机施工速 度 、振 幅、振动频率 、破碎顺 序 、破碎施工方 向 以及不同基层强度、刚度条件对破碎机的要求等 的影 响 ，这些 因素均对 旧水 泥混凝土板块 的破碎 程度 、粒径大小排列和形成的破裂面方向产生影 响 ，这就要求先行试振( 1 O O2 0 0 m ) ，开挖样 坑 ， 检查破碎粒径分布情况 ，以及均匀程度 ，确定破 碎机施工参数及施工组织措施。 3 3 共振碎石化施工 ( 1 ) 交通控制 ： 对于碎石化范 围内的出人 口应有醒 目的安 全 标记，禁止无关车辆、人员进入施工区。破碎施 工需占用 2条车道，对于无中隔带的道路，应设 置临时隔离对向车道的实施 ，作业区内的车道禁 止通行。 ( 2 ) 扬尘控制 ： 在破碎前，用洒水车在需要破碎的车道上洒 水以控制施工中的扬尘现象 ，洒水时间与破碎共 振的时间宜控制在 0 5 h以内。 ( 3 ) 共振破碎施工顺序 ： 一 般由外侧车道开始 ，顺着车道方向进行共 振 。每一 遍破碎 宽度 约 0 2 m。破 碎一 遍会对 相 邻约 5 c m 区域造成一定的碎裂，为了提高破碎 效率 以节省时间 ，可在破碎第二遍 时与第 一遍 区 域间间隔 24 c m。 ( 4 ) 施工中，驾驶操作员应随时观察机械工 作情况、锤头破碎效果 ，随时调整破碎参数，以 尽可能地达到较好的破碎效果。 ( 5 ) 对于旧路面为钢筋混凝土时 ，应调整碎 石化参数 ，如加大振动能等 ，要求破碎后钢筋与 混凝土分离。 ( 6) 对 于碎石 化施工 场地周 边建 筑物 、构筑 物，需派专人进行观察 、观测，如周围建筑或构 筑物有变形或开裂现象，应立即停止施工 ，与监 理单位、建设单位一起分析研究解决措施。 3 4 共振碎石化后整备工艺 ( 1 ) 路面破碎后 ，应清除旧路面接缝之间松 散填料及较大粒径的碎石块 ，采用级配碎石回填。 ( 2 ) 对破碎层的保护 ： a 交通控制 ： 对于破碎层 ，尽量不行车，更不能让车辆在 其上刹车、启动和掉头，对于其上行驶的施工车 辆也要严格监管 。 b 雨水的防治 ： 对于破碎层 ，应充分做好防止雨水的工作 。 如果破碎后不能马上碾压 ，摊铺沥青层 ，应注意 对其进行遮盖 ，必要时做一些排水措施。 ( 3 ) 局部补强： 对于局部路段 ，旧路面基层已损坏 ，应对其 进行补强 。 ( 4) 碾压： 采用不小于 9 t 的双钢轮振动碾压机压实 2 5遍 ，可先 洒水再压 实 ，以增强 压实效果 。碾 压 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4 年 7 月第 7 期 城 市道桥 与 防洪 管理施工 2 8 7 可以将表面细碎粒压入表面裂纹，进一步提高破 碎混凝土的模量，并压出平滑的表面摊铺沥青层。 3 5 沥青混凝土路面加铺施工 ( 1 ) 间隔时间控制 ： 碎石化碾压后，必须在 4 8 h内进行摊铺沥青 层 ，以减少车辆交通对破碎层的损坏 ，并避免下雨。 ( 2 ) 碎石化改建路段与其他路段的衔接问题 ： 对于碎石化路段及其他处理方式的路段衔接 处 ，为防止应力集中产生反射裂缝 ，对衔接处加 铺土工材料进行处理 。 ( 3 ) 碎石化层与沥青加铺层的衔接： 碎石化层碾压后，可直接摊铺沥青层，但厚 度不小于 1 5 c m 。也可以在其表面喷洒透层油，其 上均匀撒布一层石屑，用光路压路机压稳作封层。 3 6共振碎石化工艺的应用 共振碎石化二十多年前起源于国外。目前 ， 上海部分路段改建开始试用该项技术。根据验收 弯沉统计 ，大部分路段验收弯沉小于 0 3 5 m m， 满足设计要求 。 4 质量监管及验收标准 4 1 一 般 规定 ( 1 ) 共振碎 石化及 其加铺 施工 ，应 根据全 面 质量管理的要求 ，将控制 、管理与检查贯穿整个 施工过程 ，建立健全有效的质量保证体系。对施 工各工序的质量进行检查评定 ，达到规定的质量 标准 ，确保施工质量的稳定性。出现质量问题 ， 应立即纠正或停工整顿。 ( 2 ) 应加强施工过程质量控制，宜实行动态 质量管理，包括施工准备、铺筑试验路段 、施工 过程中各项技术指标的检验 、出现质量问题后的 报告及解决办法。 ( 3 ) 应根据机械化施工特点 ，做好安全生产 工作，落实安全生产责任制 ；施工期间应加强施 工场地环境卫生管理 、监督和检查 ，注重环保 。 4 2 碎石化层质量控制与验收标准 4 2 1 粒径 碎石化层破碎后粒径宜符合以下要求 ：表面 层 1 2厚度部分 0 7 5 c m，1 2厚度 以下部分 7 5 2 3 e ra；含有钢筋的旧水泥混凝土碎石化层， 钢筋以上部分碎块粒径 7 5 e m以内，钢筋以下部 分碎块粒径在 2 3 e m以内；碎石化层小于 0 0 7 5 mm 含量不大于 7 。 4 2 2 级配 碎石化层01 0 c m以内级配宜在级配碎( 砾 ) 石范围以内；0 1 8 e m以内的碎石化层级配宜接 近级配碎( 砾 ) 石 。 4 2 3 回弹模量 碎石化层模量( 静态) 应大于5 0 0 M P a ，但宜 小于 1 5 0 o MP a 。 4 2 4碾 压 碎石化层碾压按有关规定进行 。 4 2 5其 它 碎石化层其它质量要求及验收标准按 公路 路面基层施工技术规范 I ( J T J 0 3 4 2 0 0 0 ) 的规定进 行 。 4 3 碎 石化对周 围环境的影响控制 ( 1 ) 碎石化施 工 的时间宜 与周 围居 民的睡眠 时间错开，尽量安排在节假 日或者礼拜 日。 ( 2 ) 碎石化施工过程中若扬尘现象明显 ，可 将碎石化机械跟在洒水车后 ，边洒水边破碎，洒 水与碎石化的时间间隔不能超过 3 0 m i n 。 ( 3 ) 共振碎石化施工不得对埋设管线等构造 物造成破裂 ，不得 引起周 围建筑物 的开裂 ，一 旦 发生此类安全事故 ，应暂停施工 ，局部调整施工 方案 ，确保构造物或建筑物的安全性后方可继续 施工 。 4 4排水 系统质量控制 共振碎石化施工可能会对碎石化前设置的排 水系统造成一定影响，如引起排水通道堵塞、截 断等 ，影响排水效率 ，妨碍排水效果 ，宜在碎石 化之后加铺之前的整个施工段 内开挖 1 2 m1 2 m 的检查坑不少 于 3个 。查看碎石化层是 否处于干 燥状态 ，若潮湿 ，则应仔细检查路面边缘排水系 统并及 时疏通 、恢复 或整改 。检查坑 可用 挖出料 回填，也可采用碎石或沥青碎石料回填。 4 5 沥青面层的摊铺 沥青铺筑按 公路沥青路面施工技术规范 ( J 1 G F 4 0 2 0 0 4 ) 的规定控制。 5结语 共 振碎石化技术是对 旧水泥混凝 土路面改造 的一种新技术。通过共振碎石化施工 ，不仅解决 了旧路面 改造 的质量 问题 ，还大大缩 短 了工期 ， 节约了大量路基材料 ，大幅降低了工程造价。同 时 ，一举解决了碎块垃圾的处理 ，具有减轻 白色 污染、低碳环保等优点，特别是交通流量比较大 的路段 ，可解决“ 封”交通的难题 。它是 旧水泥 混凝土路面翻修改造理想的、值得推广的好方法。 参 考文献 【 l 】 J 0 3 4 - 2 0 0 0 ，公路路面基层施工技术规范【 s t 2 J rr G F 4 0 2 0 0 4 ，公路沥青路面施工技术规范【 s 】 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m