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共振机械碎石化技术简介

共振机械（RPB）碎石化技术主要用在板块完整性及结构性较差的旧水泥混凝土路面破除中。共振碎石化机产生高频低幅的振动能量,振动能量传递到水泥混凝土板并被水泥混凝土板吸收。

共振碎石机上装配有传感器,可以通过机载电脑自动调节碎石化锤头的振动频率,使锤头与水泥混凝土板产生共振,并使旧路水泥混凝土板迅速产生破裂。

破碎后的旧水泥混凝土结构层用来作为新路面结构层的基层,该层的力学特性接近于柔性基层,其抗变形能力优于一般高品质的密级配级配碎石。

经过共振碎石化破碎以后,水泥混凝土板块表层粒径较小,且松散；下层粒径较大,嵌锁良好。

碎石化表面层50mm 颗粒较小,透水性好,有助于路面渗水的横向排出,并有利于消除反射裂缝；下部较大的颗粒在碎石化过程中体积并未发生膨胀,这种特点有助于提高路基的承载能力,阻止渗水向下渗透。

共振碎石化技术在国外,如美国、加拿大、乌克兰、智利、俄罗斯等国家,均有应用。

在美国,包括密歇根和伊利诺伊州在内的许多州都使用这种技术,一些州的州交通部还制定了共振碎石化的规范。这种技术在美国不仅用于旧水泥路面板的破碎,还广泛应用于水泥混凝土机场道面的破碎。

在中国,这种技术尚未得到大规模的应用。已有的应用包括上海市沪青公路和金山大道、104国道及35省道临石线、新卫公路、沈砖公路及浙江省21省道龙葛线等。

共振破碎的特点

2 1 破碎后的碎石尺寸理想、均匀

振动在混凝土中存在衰减梯度,从而使上部的破碎粒度较小,下部破碎粒度较大。破碎后的碎石块在 2 32cm 之间。

这种破碎的好处是：上部 4~6cm 的碎石层可更好地消除反射裂缝并有利于路面渗水的横向排除；下部较大的碎石板块保留了旧混凝土板的承载能力，同时可以阻止渗水向下渗透。

破碎后的碎石纹路规则排列并与路面形成35 ~ 40 夹角。这一夹角可使碎石块之间相互嵌合，经压实后相互咬合得更紧，从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用。

2 2 破碎深度可控制， 避免冲击路面基层

共振式破碎机可以通过调节振动频率和振幅来控制破碎深度。破碎机以接近混凝土的固有频率振动，在发生共振的瞬间，锤头向前移动，因此垂直向下的冲击力很小。

此外，由于路基材料和混凝土面板材料存在较大差异，所以路基不会与混凝土面板产生共振，这就避免了对路基的冲击，保持了原有路基的平整度和密实度（如图1所示）。路面基层不受冲击，路基下的管线设施也就不会受到影响。

施工工艺流程

石太高速公路旧路路面结构为：25 cm 水泥混凝土面板 18cm 二灰碎石 15cm 石灰土，其路面主要病害包括交叉破裂、破碎板、横向和纵向裂缝、 唧泥和底板脱空、沉陷等。

使用美国共振机器公司（Resonant Machines Inc）的 RB500系列共振破 机进行路面碎石化处理并加铺沥青路面结构。施工工艺流程如图 2所示。

路面碎石化前预处理

4 1 交通管制及分流

在碎石化施工前制定交通管制及分流方案，以满足通车及施工要求。破碎实施过程中及完成后，碎石化层顶面不允许任何车辆通行。应实行严格的交通管制以防止车轮推挤破坏碎石化效果。

4 2 铣刨旧路面微表处，清除沥青混合料贴补材料

路面碎石化施工前，应对旧水泥混凝土板块上的沥青表面修补材料进行清除，否则会直接影响碎石化质量。本项目旧水泥板面板上有一层沥青微表处，碎石化前用铣刨机进行了铣刨。

4 3 排水系统设置

路面碎石化处理前，应将土路肩挖除至混凝土路面底层同一高度或以下，以使渗入碎石化结构层的水能从侧向排出。

4 4 严重病害部位的处理

在路面破碎之前应对出现软弱沉陷、松散基层等严重病害的部位进行修复处理。在修复时，首先对出现病害处的混凝土路面进行清除，之后对基层或路基进行检查处理，最后用贫混凝土材料对开挖处进行浇注。

4 5 构造物的标记和保护

施工前，应调查核实现有结构物情况，并在现场做出明确标记，必须在确保这些构造物不会因施工造成损坏的前提下，方可进行施工。

4·6 设置高程控制点

在有代表性路段设置高程控制点，以便在施工中监测高程的变化。开工前，应对路面高程及设计高程进行复核，必要时，应根据高程变化情况对路面设计高程进行调整。

试验段及承载板试验

5·1试振

为了确保共振破碎的质量，保证破碎后的水泥混凝土颗粒的粒径和强度符合要求，实施共振破碎以前必须进行碱碎试振。试振后开挖试坑，检查破碎粒径的分布情况及均匀程度，并确定设备参数。

（1）试验段：在路面碎石化施工正式开始之前。应根据路况在有代表性的路段选择宽4m（或一个车道）的路面作为试验段。根据经验逐级调整破碎参数对路面进行破碎。

目测破碎效果，当碎石化后的路表呈鳞片状时，表明碎石化的效果能满足规定要求，记录此时采用的破碎参数。本次施工的试验路段长度为20 30m，宽度为1个车道。

试验位置为现场确认的有代表性的路段，包括桥头搭板以外路段、微表处完好路段以及面板完好与破损共存路段。

（2）试坑：为了确保路面被破碎成规定的尺寸，在试验段内随机选取2个独立的位置开挖1 m2 的试坑，试坑的选择应避开有横向接缝或工作缝的位置。

试坑应开挖至基层，以在全深度范围内检查碎石化后的颗粒是否在规定的粒径范围内。如果破碎的混凝土路面粒径没有达到要求，那么应调整设备控制参数，并相应增加试验段。

循环上一过程，直至混凝土路面粒径满足要求，并记录此时的碎石化参数备查。

在正常碎石化施工过程中，应根据路面实际状况对破碎参数不断做出微小调整。当需要对参数做出较大调整时，应通知监理工程师。

应当特别注意的是，试验段开始破碎的前10m和结束破碎前的5m，指标的检测不能安排在这一区域。试验完成以后，使用C40水泥混凝土对试验段进行回填。

5·2试验过程

（1）石太高速水泥混凝土路面破碎试验段一；不清除沥青微表处，直接对水泥混凝土路面进行破碎。

现场确定有代表性的三块水泥混凝土面板，分别为面板完好、轻度破损和破损严重的三块板进行破碎试验。

用美国RMI公司的RB500系列共振破碎机进行破碎，此次破碎的振动频库为44Hz，振幅为20mm。由于锤头中心距共振机车轮外缘为100cm。并且锤头不能做水平移动，因此路面边缘有90cm的面板无法破碎。

面板破碎后，微表处与面板剥离，板块顶面约3~5cm被破碎成碎石屑。用吹风机吹除表面层后浇水，以判断破碎后路面是否有裂缝及渗水情况。

为了检验破碎效果，使用风镐凿挖试场来检验破碎粒径范围。检验结果表明水并不下渗，且破碎后的路面硬度很大，使用风镐无法进行凿挖。这说明破碎后的路面仍基本为一个整体，达不到规定的破碎效果。

人工清除破碎后的表层微表处后，再以相同的步骤进行第二次破碎。破碎后，板块顺面3~5cm是粒度较小的碎石屑透水结构，用吹风机吹除顶面层后，再浇水检验裂缝渗水情况，并凿挖1m 2m的试坑检验其破碎效果。

检验结果表明，在5~25cm深度范围内，粒径多为15-25cm 粒度较大的碎石块嵌锁紧密不透水层，底下3-5cm 厚的混疑土并没有被破碎。破碎后的碎石纹路规排列则，并与路面形成：35 ~40 夹角。二灰基层整体性完好。

(2)石大高速水泥混凝土路面破碎试险段工：铣刨历香微表处并清表后，再对水泥混凝土路面进行破碎。

此试验段对水泥混凝土路面一次性破碎,试验过程同实验段一。破碎后,板块顶面 3 5cm 是粒度较 小的碎石屑透水结构,用吹风机吹除顶面层后,再浇水检验裂缝渗水情况,并凿挖1m 2m 的试坑检查其破碎效果。

检验结果表明,在 5 25cm 深度范围 内,粒径大都是约5 25cm 粒度较大的碎石块嵌锁紧密不透水层。破碎后的碎石纹路排列规则,并与路面形成35 ~40 夹角。二灰基层整体性完好。

5 3 承载板试验

在试验段破碎完之后,再对该路段水泥混凝土 板进行承载板试验,以分析破碎后碎石化层顶面的 回弹模量。在该路段选择 7个测点,每点测3次,测 试结果如表1所示。

结论

共振碎石化技术用于旧水泥混凝土路面破碎, 其优势十分明显。本文通过介绍石太高速公路共碎石化技术的应用,对该技术的施工工艺及质量控制进行了探讨。

通过进行试验段实测检验,保证了共振碎石的质量。基于承载板检测结果的回弹模量计算表明,水泥碎石顶面的当量回弹模量可以满足承载力要求。

参考文献：

［1］ 黄琴龙,陈达豪,凌建明,等.共振碎石化在上海水泥混凝土路面改建中的成效［J］.长沙理工大学学报：自 然科学版,2008,5（2）.

［2］ 金福根.旧水泥混凝土路面共振碎石化技术应用研究［J］.现代商贸工业,2008,（11）.

［3］ 杨成忠.共振碎石在旧混凝土路面碎石化中的应用［J］.养护机械与施工技术,2006,（5）.

［4］ 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,2008,21（5）.

［5］ 徐柱杰,凌建明,黄琴龙等.旧水泥混凝土共振碎石化模量分析［J］.同济大学学报：自然科学版,2008,36 （9）.