对水泥路面白改黑的共振破碎方案设计的初步探讨

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【摘要】 对于目前水泥路面改为沥青砼路面较多的现状， 结合104国道的路面改建，探讨“白改黑”的初步设计方案，本文主要涉及到对各设计方案的分析比选，提出解决路面改建问题较为合适的方案——共振破碎方案。

【关键词】 “白改黑”、共振破碎、比选、探讨

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

104国道是一条北京到福州的重要南北向的国道。104国道台州段，原有较多的水泥路面路段，原水泥路面破损较多，出现了断板、纵横向裂缝、角隅断裂、错台、唧泥等病害现象,路面技术状况日趋下降,直接影响行车安全和舒适性。为适应当今社会经济的快速发展，需逐年对该段进行“白改黑”，如临海K1687+000～1693K+000段和K1702+600～K1707+600段，为水泥混凝土路面改建为沥青混凝土路面，实施后效果良好,有效地改善了104国道沿线的路容路貌，大大地提高了当地行车的舒适度，更有利于当地社会经济的发展。

在众多的“白改黑”路面工程中，各地采用了各种工艺、方法，由于处治不当，在投入使用后的短时间内就出现了反射裂缝等路面病害，但一直未找到一个较理想的办法。因此，“白改黑”设计方案的选择对路面的使用寿命致关重要。

目前，对旧水泥混凝土路面改建为沥青混凝土路面主要有以下几种方案可以采用：

方案一：挖除旧水泥混凝土板及基层后，再铺筑沥青混凝土路面；本方案适用于老路路面面层及基层破坏严重，路面高程不能加高路段。

方案二：对旧水泥混凝土板作机械破碎处理，增设基层，再加铺沥青混凝土面层；

方案三：采用碎石化处理技术，对旧水泥混凝土板进行破碎，将该破碎层直接作为道路基层，在其上加铺沥青混凝土面层。碎石化处理技术采用的共振设备是利用振动梁带动工作锤头振动，调整振动频率使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，即可轻而易举的将水泥混凝土面板击碎，共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使板块均匀碎裂，并且使上部的破碎粒较小，下部的破碎粒较大，这样给结构带来了更大的好处，首先是小颗粒可更好地消除反射裂缝，同时下部的较大颗粒提高了路基的承载力。各方案的优缺点见下表1。

表1水泥混凝土路面改建方案比较表

方 案

比较内容 方案一

挖除旧砼板及基层后

新铺沥青路面 方案二

传统机械破碎，增设

基层后加铺沥青路面 方案三

采用碎石化技术处理后直接加铺沥青路面

其中，方案一施工周期长、对交通影响大，并且需要占用大量场地来废弃大量的挖除物，在越来越注重环保的现代社会，应尽可能少采用或不采用。

方案二缺陷明显，一是施工周期较长，对公路的正常运行影响大，在破碎时，对原路面的冲击能量非常大，直接破坏了原有路基的平整度及路基的整体强度。另外，破碎质量很难保证，很难一次将水泥面板打碎到理想的尺寸，根据已改建的实践证明，破碎后的碎块尺寸越大，越不均匀，对新加铺层的影响越大，即越容易引起反射裂缝，改建后的运行期间不能完全避免反射裂缝的出现。

方案三优势较明显：施工周期短（一天可破碎一条车道1.6～2.7Km）、对交通影响小，适用于路况差、在设计使用期末、有碱集料反应的水泥混凝土路面的改建，同时应用碎石化技术重建的路面结构整体性好，基层受力均匀，可减少旧路面混凝土块的清除，堆置等费用及建筑垃圾问题，节约投资，加快进度，有利于环保，是目前世界上既能利用旧混凝土板又能解决反射裂缝的较好工艺。

对比方案一和方案二，无论是对交通的影响、施工周期、旧路利用程度，破碎时对路基的破坏，以及改建后的使用性能（防止反射裂缝），方案三都有较大的优势，具有很大的环保、社会效益。

因此，经比较，建议本次水泥砼路面改建为沥青砼路面方案采用采用碎石化处理技术方案。

共振碎石化设计方案的确定

沥青路面厚度设计是根据多层弹性连续体系理论，以满足设计弯沉的要求计算得到，根据现有交通量，计算在设计使用年限内一个车道上的累计标准当量轴次（BZZ-100），沥青路面设计弯沉为：Ld=600Ne-0.2Ac·As·Ab=56.4。

由于计算沥青加铺层厚度的关键是确定碎石化层的模量，因此，设计时采用碎石化层的抗压模量为300MPa（根据近几年来在台州104国道所实施的经验可以满足要求），以求得沥青加铺层的厚度，沥青加铺层分为两层结构，上面层厚度为定值，采用6cmAC—20C中粒式沥青混凝土，下面层采用AC—25C粗粒式沥青混凝土，计算过程如下：

改建路面补强厚度计算

经计算，加铺层最小厚度为12cm，其中沥青下面层厚度应≥6cm，根据国外经验，一般要求加铺层最小结构厚度为12.7cm，因此，建议本路段沥青面层厚度取15cm，具体路面结构方案见下表2。

表2沥青混凝土路面结构方案设计表

由于碎石化层的抗压模量是经验值进行设定的，故在施工时应对该层的模量进行验证，可以采用测试碎石化层的顶面弯沉来进行反算其模量具体方法及步骤为：

在碎石化后在其上洒布乳化沥青以稳定表面松动的细小水泥颗粒；

测试碎石化层顶面回弹弯沉，并计算代表弯沉；

③ 根据公式（ET=1000*2*P*δ*m1m2/L0）反算碎石化层回弹模量。

在施工过程中，根据实测的碎石化层回弹模量数据，可对路面结构厚度进行适当的调整。

水泥路面在碎石化施工全面开始前，施工单位要先做200m的试验段，将实测的碎石化层回弹模量反馈至设计，另外，也需要对碎石化共振设备进行调试，以取得破碎机的各项施工参数。

【参考文献】

① 《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）；

② 《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）；

③ 《临海104国道、35省道旧水泥混凝土路面共振碎石化技术应用》

（《科技促进发展(应用版)》，2010年第06期，陈美凤、金回建）

【作者简介】

张能功， 男，工程师，现为核工业西南勘察设计研究院有限公司杭州分院员工