共振碎石化試驗(yàn)段方案比選

1、桂柳高速公路路面改造工程1共振碎石化試驗(yàn)段方案比選一、概況廣西桂林至柳州高速公路（僚田至鹿寨北互通）路面改造工程1是在現(xiàn)有高速公路水泥砼面板上加鋪瀝青砼罩面的工程，在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)業(yè)主路面方案多樣化的要求，對(duì)換板率高、病害嚴(yán)重的路段，開展舊水泥路面碎石化再生利用的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)應(yīng)用工作。依據(jù)檢測報(bào)告并與柳桂公司養(yǎng)護(hù)部門確認(rèn)，K1147+000K1149+411路段，即蘇橋至永福段舊路破損及錯(cuò)臺(tái)均較嚴(yán)重路段，采用將原有水泥砼面板碎石化處理后，再加鋪瀝青砼的方案。常用的水泥砼面板碎石化施工有多錘頭碎石化和共振碎石化等工藝。各施工工藝對(duì)施工工期、總體造價(jià)、加鋪瀝青砼后的使用效果等方面也是不同的，

2、因此針對(duì)項(xiàng)目的實(shí)際情況對(duì)各施工工藝進(jìn)行方案比選，以便擇優(yōu)采用合適的工藝是很有必要的。二、方案比選過程（一）多錘頭碎石化方案1、多錘頭碎石化技術(shù)多錘頭碎石化技術(shù)是采用多錘頭式破碎設(shè)備將水泥混凝土路面破碎成上層不大于7.5cm，中間層不大于22.5cm，底層不大于37.5cm的混凝土塊，用以限制新鋪的瀝青罩面上出現(xiàn)的反射裂縫，形成一個(gè)用于熱拌瀝青混合料罩面或新加鋪水泥混凝土面層所需的均勻基層。一般而言，水泥混凝土路面出現(xiàn)下列情況時(shí)，可以考慮進(jìn)行多錘頭碎石化改造技術(shù)。（1）水泥混凝土路面有大量病害：錯(cuò)臺(tái)、翻漿和角隅破壞等達(dá)到總接縫長度的20%以上；（2）板塊出現(xiàn)開裂、斷板或下沉，需要修補(bǔ)的面積達(dá)到路

3、面總面積的2070%；（3）水泥混凝土路面基層及面層厚度超過33cm的。（4）20%的路面面板已被修補(bǔ)或需要被修補(bǔ)；（5）混凝土路面斷板率介于20%-45%；（6）其它認(rèn)為需要碎石化的路段（7）在下列情況下建議不要使用碎石化技術(shù)： 舊路改建中遇到的擋墻、橋梁和涵洞等的承載力不足以承受再生設(shè)備荷載需加固的路段； 公路近旁有敏感建筑物或設(shè)備（安全距離小于5m）不能經(jīng)受再生設(shè)備引起的地面振動(dòng)路段。 路面以上受凈空限制，不容許加鋪新路面的路段。2、碎石化后路面加鋪結(jié)構(gòu)層根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采用多錘頭破碎后頂面當(dāng)量回彈模量較低，因此一般在破碎后頂面鋪一層水泥穩(wěn)定碎石基層，然后再加鋪瀝青砼面層。根據(jù)本路段實(shí)際情

4、況，擬采取加鋪結(jié)構(gòu)形式如下表：結(jié)構(gòu)層次厚度（cm）材料類型（行車道）材料類型（硬路肩）表面層4SMA-13型改性瀝青混凝土SMA-13型改性瀝青混凝土粘 層-改性瀝青改性瀝青中面層6AC-20C型改性瀝青混凝土AC-20C型改性瀝青混凝土粘 層-改性瀝青改性瀝青下面層8AC-25C型瀝青混凝土AC-25C型瀝青混凝土封 層1瀝青碎石封層+透層瀝青碎石封層+透層基層30水泥穩(wěn)定碎石水泥穩(wěn)定碎石封層乳化瀝青封層乳化瀝青封層原路面24多錘頭破碎混凝土面板多錘頭破碎混凝土面板3、其他結(jié)構(gòu)物改造本方案加鋪后，本路段路面比原來高出49cm，因此原中央砼護(hù)欄采用兩側(cè)及頂面外包砼加高處理，路側(cè)波形護(hù)欄全部更換

5、的方案。同時(shí)對(duì)排水不暢路段的硬路肩與行車道接縫處設(shè)置縱向排水盲溝。（二）共振碎石化方案1、共振碎石化技術(shù)共振破碎技術(shù)是將持續(xù)產(chǎn)生的高頻低幅振動(dòng)能量，通過破碎錘頭傳遞到水泥板塊內(nèi)，讓水泥板與之產(chǎn)生共振后達(dá)到破碎。共振破碎只與水泥混凝土面板產(chǎn)生共振，不會(huì)影響到路面基層及其下部結(jié)構(gòu)，就連混凝土板內(nèi)的鋼筋網(wǎng)片也能保持完整。發(fā)胎于原有水泥混凝土的共振碎石層有著比級(jí)配碎石更為緊密的嵌鎖結(jié)構(gòu)，這樣在沒有被破壞的原有水穩(wěn)下基層上，形成了合格的碎石柔性上基層。其回彈模量雖然低于半剛性層，但具有較顯著的非線性，這種非線性使其在剛性較大的下臥層上，表現(xiàn)出較大的回彈模量，從而亦具有足夠的抵抗應(yīng)力及變形的能力，最終使得

6、共振碎石作為上基層不僅具有減緩半剛性基層反射裂縫的作用，同時(shí)也具有一定的抗疲勞性能。同時(shí)，共振破碎機(jī)使碎石裂紋走向傾斜，破碎后的碎石紋路規(guī)則排列，并與路面形成35º40º夾角。共振破碎的工作錘頭在激發(fā)路面共振的同時(shí)快速向前移動(dòng)，沖擊的合力指向前下方，從而使振碎的裂紋與路面形成了一定的夾角。這一夾角可使碎石塊之間相互嵌合，經(jīng)壓實(shí)后相互嚙合得更緊，從而使碎石層起到更好的礫石穩(wěn)定層的作用，形成了良好的路面基層。因此破碎后一般可不用再增加其他結(jié)構(gòu)層，而直接加鋪瀝青面層即可。2、碎石化后路面加鋪結(jié)構(gòu)層采用共振破碎后頂面當(dāng)量回彈模量較高，一般在破碎后可不用再增加其他結(jié)構(gòu)層，而直接加鋪瀝

7、青面層即可。根據(jù)本路段實(shí)際情況，擬采取加鋪結(jié)構(gòu)形式如下表：結(jié)構(gòu)層次厚度（cm）材料類型（行車道）材料類型（硬路肩）表面層4SMA-13型改性瀝青混凝土SMA-13型改性瀝青混凝土粘 層-改性瀝青改性瀝青中面層6AC-20C型改性瀝青混凝土AC-20C型改性瀝青混凝土粘 層-改性瀝青改性瀝青下面層10ATB-30型改性瀝青碎石ATB-30型改性瀝青碎石封 層1瀝青碎石封層+透層瀝青碎石封層+透層原路面24共振破碎混凝土面板共振破碎混凝土面板3、其他結(jié)構(gòu)物改造本方案加鋪后，本路段路面比原來高出21cm，因此原中央砼護(hù)欄采用頂面外包砼加高處理，路側(cè)波形護(hù)欄采用加套筒提升的方案。同時(shí)為充分利用共振碎石

8、形成的級(jí)配碎石層將結(jié)構(gòu)內(nèi)有可能形成的積水排出，在本路段的硬路肩與行車道接縫處設(shè)置縱向排水盲溝。（三）方案比選多錘頭破碎是通過設(shè)備將800kg的重錘提升到1.21.5m的高度，利用高振幅產(chǎn)生的強(qiáng)大擊振力將水泥砼板破碎成不規(guī)則的大塊，然后中破碎頂面鋪一層30cm的水泥穩(wěn)定碎石基層后，再加鋪瀝青砼面層。由于水穩(wěn)層的養(yǎng)生周期長，且需重新建水穩(wěn)拌合站，這也為施工單位追趕施工進(jìn)度和交通組織帶來一定困難。另外從長遠(yuǎn)考慮，水穩(wěn)基層雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于其自身脆性太大，易形成干縮、溫縮裂縫等病害。另外，由于該方案加鋪層厚度較大，中央砼護(hù)欄外包砼加高工程數(shù)量較大，路側(cè)波形護(hù)欄全部更換工程造價(jià)也比較高。共振碎石化是

9、通過共振碎石的方法將原路面有規(guī)律的碎裂，共振后的水泥板，由于是上下分層的結(jié)構(gòu)：上部碎石，有效隔絕反射裂縫，下部大料嵌鎖，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。所以能夠直接攤鋪瀝青面層，加鋪總厚度較小。該方案有如下優(yōu)點(diǎn)：1、破碎后的碎石尺寸理想、均勻由于共振破碎力發(fā)生在整個(gè)水泥板塊厚度范圍內(nèi)，能使板塊較均勻地分裂，通過微調(diào)振動(dòng)頻率，改變振動(dòng)的力度，可使破碎后的碎塊尺寸達(dá)到820cm的較理想尺寸。使碎石層既有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又不會(huì)產(chǎn)生反射裂縫。2、不沖擊下部基礎(chǔ)，保證水穩(wěn)下基層、路基、管線和設(shè)施的完好無損共振式破碎機(jī)通過調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和振幅，即可控制破碎的深度。因?yàn)樗窃谠噲D以接近混凝土的固有頻率而振動(dòng)，在發(fā)生共振的瞬間，

10、錘頭就向前運(yùn)動(dòng)了，垂直向下的沖擊力很小，而且面板下邊的材料為非混凝土，不會(huì)與之共振，所以避免了對(duì)路基的沖擊，路基下的其它管線設(shè)施自然就不會(huì)受到影響了。路基不受沖擊，保持了原有基層的平整度和密實(shí)度的均勻性。而普通的重錘沖擊式破碎方法則不然，它們的沖擊力垂直向下，要以路基為依托來打碎面板，所以沖擊力通過面板直接傳遞給路基。為將面板底部擊碎，巨大的重錘會(huì)使路基和基層受到嚴(yán)重沖擊，破壞了原有基礎(chǔ)的平整度和密實(shí)度之均勻性，并且會(huì)使地下管線及其它設(shè)施受到影響。3、鋼筋混凝土中的鋼筋完全與混凝土剝離共振破碎技術(shù)使振動(dòng)發(fā)生在水泥板塊內(nèi)部，對(duì)鋼筋混凝土而言，鋼筋的固有頻率與水泥混凝土有異，從而使鋼筋很容易與水泥

11、碎塊完全剝離。實(shí)際效果也證明，共振破碎后的鋼筋網(wǎng)確實(shí)與原有水泥徹底脫離。如果鋼筋串起了大大小小的混凝土塊，就必然引起局部應(yīng)力集中，造成反射裂縫。普通重錘沖擊破碎工藝要想使鋼筋網(wǎng)與水泥碎塊脫離，幾乎是不可能的。4、振動(dòng)影響小，施工適應(yīng)范圍大；噪音小，不擾民；共振破碎技術(shù)是工作頭與局部水泥板塊之間的振動(dòng)，高頻低幅，振動(dòng)波衰減很快，傳遞范圍很小，一般不會(huì)影響到施工點(diǎn)附近23m外的構(gòu)件。錘頭與路面共振破碎所產(chǎn)生的噪音還沒有機(jī)器發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音大。而重錘沖擊式的振動(dòng)力是非常大的，它可通過路基波及到施工周圍的建筑，所以施工前應(yīng)做一定的防范，一般20m之內(nèi)不應(yīng)有振動(dòng)敏感型建筑物。所以，共振破碎技術(shù)的應(yīng)用范圍比較

12、廣，民房及重要設(shè)施附近等對(duì)振動(dòng)級(jí)別有要求的地方，采用共振技術(shù)可很好地解決問題。5、可開放交通施工，無養(yǎng)生周期，減少通行費(fèi)損失。只要能將來往車輛速度控制在30KM/h內(nèi)，就不會(huì)沖擊共振碎石下部的嵌鎖層，就能保證碎石基層的強(qiáng)度；同時(shí)在開放交通的膠輪碾壓下，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。所以可以在開放交通的情況下進(jìn)行共振施工，不必?cái)嗦贰Ｋ槭瘜訅簩?shí)后即可直接加鋪瀝青面層，大大縮短了施工時(shí)間，減少了通行費(fèi)的損失。6、施工效率高，共振與攤鋪同時(shí)流水作業(yè)，極大地縮短了工期。 共振破碎設(shè)備可使破碎深度達(dá)到500mm，完全滿足高速公路水泥面板的破碎改造任務(wù)。共振破碎機(jī)的生產(chǎn)率可

13、達(dá)3000m2/d。兩臺(tái)設(shè)備在高速12米寬的單幅路面上，每天8小時(shí)正常施工能達(dá)到500米，超過瀝青攤鋪機(jī)的速度，能夠滿足正常施工要求。由于共振施工時(shí)能開放交通，所以瀝青攤鋪和共振能夠同時(shí)施工，流水作業(yè)，極大的縮短了施工周期。7、直接加鋪瀝青面層，省卻水穩(wěn)等結(jié)構(gòu)層，降低路面加鋪高程。共振碎石后破碎頂面回彈模量較高，可直接加鋪瀝青面層，降低了相應(yīng)的費(fèi)用。同時(shí)，中央砼護(hù)欄加高工程量較小，路側(cè)護(hù)欄可采用加套筒提升方案，舊護(hù)欄利用率較高，護(hù)欄改造造價(jià)也相對(duì)較低。以上兩種方案加鋪路面結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)比較如下表：加鋪路面結(jié)構(gòu) 單價(jià) (元/cmm2)多錘頭破碎+水穩(wěn)基層+瀝青砼共振碎石+ 瀝青砼4cm SBS改性瀝青SMA-1320.1380.580.5改性瀝青粘層3.23.23.26cm SBS改性瀝青AC-20C12.98 77.977.9改性瀝青粘層3.23.23.28cm AC-25C12.339