共振碎石化试验段方案比选

1、桂柳高速公路路面改造工程1共振碎石化试验段方案比选一、概况广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是在现有高速公路水泥砼面板上加铺沥青砼罩面的工程，在设计过程中，根据业主路面方案多样化的要求，对换板率高、病害严重的路段，开展旧水泥路面碎石化再生利用的路面结构设计试验应用工作。依据检测报告并与柳桂公司养护部门确认，K1147+000K1149+411路段，即苏桥至永福段旧路破损及错台均较严重路段，采用将原有水泥砼面板碎石化处理后，再加铺沥青砼的方案。常用的水泥砼面板碎石化施工有多锤头碎石化和共振碎石化等工艺。各施工工艺对施工工期、总体造价、加铺沥青砼后的使用效果等方面也是不同的，

2、因此针对项目的实际情况对各施工工艺进行方案比选，以便择优采用合适的工艺是很有必要的。二、方案比选过程（一）多锤头碎石化方案1、多锤头碎石化技术多锤头碎石化技术是采用多锤头式破碎设备将水泥混凝土路面破碎成上层不大于7.5cm，中间层不大于22.5cm，底层不大于37.5cm的混凝土块，用以限制新铺的沥青罩面上出现的反射裂缝，形成一个用于热拌沥青混合料罩面或新加铺水泥混凝土面层所需的均匀基层。一般而言，水泥混凝土路面出现下列情况时，可以考虑进行多锤头碎石化改造技术。（1）水泥混凝土路面有大量病害：错台、翻浆和角隅破坏等达到总接缝长度的20%以上；（2）板块出现开裂、断板或下沉，需要修补的面积达到路

3、面总面积的2070%；（3）水泥混凝土路面基层及面层厚度超过33cm的。（4）20%的路面面板已被修补或需要被修补；（5）混凝土路面断板率介于20%-45%；（6）其它认为需要碎石化的路段（7）在下列情况下建议不要使用碎石化技术： 旧路改建中遇到的挡墙、桥梁和涵洞等的承载力不足以承受再生设备荷载需加固的路段； 公路近旁有敏感建筑物或设备（安全距离小于5m）不能经受再生设备引起的地面振动路段。 路面以上受净空限制，不容许加铺新路面的路段。2、碎石化后路面加铺结构层根据以往经验，采用多锤头破碎后顶面当量回弹模量较低，因此一般在破碎后顶面铺一层水泥稳定碎石基层，然后再加铺沥青砼面层。根据本路段实际情

4、况，拟采取加铺结构形式如下表：结构层次厚度（cm）材料类型（行车道）材料类型（硬路肩）表面层4SMA-13型改性沥青混凝土SMA-13型改性沥青混凝土粘 层-改性沥青改性沥青中面层6AC-20C型改性沥青混凝土AC-20C型改性沥青混凝土粘 层-改性沥青改性沥青下面层8AC-25C型沥青混凝土AC-25C型沥青混凝土封 层1沥青碎石封层+透层沥青碎石封层+透层基层30水泥稳定碎石水泥稳定碎石封层乳化沥青封层乳化沥青封层原路面24多锤头破碎混凝土面板多锤头破碎混凝土面板3、其他结构物改造本方案加铺后，本路段路面比原来高出49cm，因此原中央砼护栏采用两侧及顶面外包砼加高处理，路侧波形护栏全部更换

5、的方案。同时对排水不畅路段的硬路肩与行车道接缝处设置纵向排水盲沟。（二）共振碎石化方案1、共振碎石化技术共振破碎技术是将持续产生的高频低幅振动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块内，让水泥板与之产生共振后达到破碎。共振破碎只与水泥混凝土面板产生共振，不会影响到路面基层及其下部结构，就连混凝土板内的钢筋网片也能保持完整。发胎于原有水泥混凝土的共振碎石层有着比级配碎石更为紧密的嵌锁结构，这样在没有被破坏的原有水稳下基层上，形成了合格的碎石柔性上基层。其回弹模量虽然低于半刚性层，但具有较显著的非线性，这种非线性使其在刚性较大的下卧层上，表现出较大的回弹模量，从而亦具有足够的抵抗应力及变形的能力，最终使得

6、共振碎石作为上基层不仅具有减缓半刚性基层反射裂缝的作用，同时也具有一定的抗疲劳性能。同时，共振破碎机使碎石裂纹走向倾斜，破碎后的碎石纹路规则排列，并与路面形成35º40º夹角。共振破碎的工作锤头在激发路面共振的同时快速向前移动，冲击的合力指向前下方，从而使振碎的裂纹与路面形成了一定的夹角。这一夹角可使碎石块之间相互嵌合，经压实后相互啮合得更紧，从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用，形成了良好的路面基层。因此破碎后一般可不用再增加其他结构层，而直接加铺沥青面层即可。2、碎石化后路面加铺结构层采用共振破碎后顶面当量回弹模量较高，一般在破碎后可不用再增加其他结构层，而直接加铺沥

7、青面层即可。根据本路段实际情况，拟采取加铺结构形式如下表：结构层次厚度（cm）材料类型（行车道）材料类型（硬路肩）表面层4SMA-13型改性沥青混凝土SMA-13型改性沥青混凝土粘 层-改性沥青改性沥青中面层6AC-20C型改性沥青混凝土AC-20C型改性沥青混凝土粘 层-改性沥青改性沥青下面层10ATB-30型改性沥青碎石ATB-30型改性沥青碎石封 层1沥青碎石封层+透层沥青碎石封层+透层原路面24共振破碎混凝土面板共振破碎混凝土面板3、其他结构物改造本方案加铺后，本路段路面比原来高出21cm，因此原中央砼护栏采用顶面外包砼加高处理，路侧波形护栏采用加套筒提升的方案。同时为充分利用共振碎石

8、形成的级配碎石层将结构内有可能形成的积水排出，在本路段的硬路肩与行车道接缝处设置纵向排水盲沟。（三）方案比选多锤头破碎是通过设备将800kg的重锤提升到1.21.5m的高度，利用高振幅产生的强大击振力将水泥砼板破碎成不规则的大块，然后中破碎顶面铺一层30cm的水泥稳定碎石基层后，再加铺沥青砼面层。由于水稳层的养生周期长，且需重新建水稳拌合站，这也为施工单位追赶施工进度和交通组织带来一定困难。另外从长远考虑，水稳基层虽然有很多优点，但由于其自身脆性太大，易形成干缩、温缩裂缝等病害。另外，由于该方案加铺层厚度较大，中央砼护栏外包砼加高工程数量较大，路侧波形护栏全部更换工程造价也比较高。共振碎石化是

9、通过共振碎石的方法将原路面有规律的碎裂，共振后的水泥板，由于是上下分层的结构：上部碎石，有效隔绝反射裂缝，下部大料嵌锁，保证结构强度。所以能够直接摊铺沥青面层，加铺总厚度较小。该方案有如下优点：1、破碎后的碎石尺寸理想、均匀由于共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使板块较均匀地分裂，通过微调振动频率，改变振动的力度，可使破碎后的碎块尺寸达到820cm的较理想尺寸。使碎石层既有一定的结构强度，又不会产生反射裂缝。2、不冲击下部基础，保证水稳下基层、路基、管线和设施的完好无损共振式破碎机通过调节振动频率和振幅，即可控制破碎的深度。因为它是在试图以接近混凝土的固有频率而振动，在发生共振的瞬间，

10、锤头就向前运动了，垂直向下的冲击力很小，而且面板下边的材料为非混凝土，不会与之共振，所以避免了对路基的冲击，路基下的其它管线设施自然就不会受到影响了。路基不受冲击，保持了原有基层的平整度和密实度的均匀性。而普通的重锤冲击式破碎方法则不然，它们的冲击力垂直向下，要以路基为依托来打碎面板，所以冲击力通过面板直接传递给路基。为将面板底部击碎，巨大的重锤会使路基和基层受到严重冲击，破坏了原有基础的平整度和密实度之均匀性，并且会使地下管线及其它设施受到影响。3、钢筋混凝土中的钢筋完全与混凝土剥离共振破碎技术使振动发生在水泥板块内部，对钢筋混凝土而言，钢筋的固有频率与水泥混凝土有异，从而使钢筋很容易与水泥

11、碎块完全剥离。实际效果也证明，共振破碎后的钢筋网确实与原有水泥彻底脱离。如果钢筋串起了大大小小的混凝土块，就必然引起局部应力集中，造成反射裂缝。普通重锤冲击破碎工艺要想使钢筋网与水泥碎块脱离，几乎是不可能的。4、振动影响小，施工适应范围大；噪音小，不扰民；共振破碎技术是工作头与局部水泥板块之间的振动，高频低幅，振动波衰减很快，传递范围很小，一般不会影响到施工点附近23m外的构件。锤头与路面共振破碎所产生的噪音还没有机器发动机的噪音大。而重锤冲击式的振动力是非常大的，它可通过路基波及到施工周围的建筑，所以施工前应做一定的防范，一般20m之内不应有振动敏感型建筑物。所以，共振破碎技术的应用范围比较

12、广，民房及重要设施附近等对振动级别有要求的地方，采用共振技术可很好地解决问题。5、可开放交通施工，无养生周期，减少通行费损失。只要能将来往车辆速度控制在30KM/h内，就不会冲击共振碎石下部的嵌锁层，就能保证碎石基层的强度；同时在开放交通的胶轮碾压下，碎石上部细粒层形成板结体，提升了回弹模量，更有利于上基层的稳定。所以可以在开放交通的情况下进行共振施工，不必断路。碎石层压实后即可直接加铺沥青面层，大大缩短了施工时间，减少了通行费的损失。6、施工效率高，共振与摊铺同时流水作业，极大地缩短了工期。 共振破碎设备可使破碎深度达到500mm，完全满足高速公路水泥面板的破碎改造任务。共振破碎机的生产率可

13、达3000m2/d。两台设备在高速12米宽的单幅路面上，每天8小时正常施工能达到500米，超过沥青摊铺机的速度，能够满足正常施工要求。由于共振施工时能开放交通，所以沥青摊铺和共振能够同时施工，流水作业，极大的缩短了施工周期。7、直接加铺沥青面层，省却水稳等结构层，降低路面加铺高程。共振碎石后破碎顶面回弹模量较高，可直接加铺沥青面层，降低了相应的费用。同时，中央砼护栏加高工程量较小，路侧护栏可采用加套筒提升方案，旧护栏利用率较高，护栏改造造价也相对较低。以上两种方案加铺路面结构经济比较如下表：加铺路面结构 单价 (元/cmm2)多锤头破碎+水稳基层+沥青砼共振碎石+ 沥青砼4cm SBS改性沥青SMA-1320.1380.580.5改性沥青粘层3.23.23.26cm SBS改性沥青AC-20C12.98 77.977.9改性沥青粘层3.23.23.28cm AC-25C12.339