共振碎石化技術(shù)在雙港大街改造中的應(yīng)用

熊雪明

（南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院，江西 南昌 330038）

1 概述

雙港大街為南昌國家級經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)一條重要的東西向城市主干路，道路西起昌西大道，向東經(jīng)過廬山中大道、孔目湖路，東止經(jīng)開大道，全長約7 km，雙港大街以廬山中大道為界，西側(cè)為雙港西大街，東側(cè)為雙港東大街，全線為四塊板斷面型式，機非分行，雙向六車道，設(shè)計速度60 km/h，工程位置見圖1。

圖1 工程位置示意圖

雙港東大街于2003年建成，原為水泥混凝土路面，機動車道水泥混凝土面板厚約28 cm，非機動車道水泥混凝土面板厚約18 cm，后期在運營養(yǎng)護過程中機動車道加鋪了6～10 cm瀝青混凝土，非機動車道未加鋪瀝青。

雙港西大街原僅實施了機動車道水泥混凝土路面，混凝土板厚21～30 cm，2016年，經(jīng)開區(qū)對雙港西大街進行了提升改造，將機動車道水泥路面病害處理后，加鋪了10 cm瀝青，兩側(cè)新建瀝青混凝土非機動車道和吸水磚人行道，部分路段機動車道和非機動車道瀝青上面層未實施。

2016年4月，經(jīng)過方案競標，順利中標雙港大街景觀提升改造工程設(shè)計。建設(shè)單位同時要求將雙港大街打造成南昌國家經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)的東大門形象道路和全區(qū)道路改造的樣板工程，對各參建單位提出了很高的要求。

2 水泥混凝土道路改造的若干思路

2.1 挖除現(xiàn)狀水泥混凝土路面后新建瀝青路面

挖除原有混凝土結(jié)構(gòu)層，從而使舊水泥板產(chǎn)生反射裂縫的問題得以徹底解決。該方法工藝簡單、技術(shù)成熟，設(shè)備要求低，但施工工期較長，交通封閉時間長，對于交通量大的城市道路容易引起交通擁堵，從而增加社會運行成本，同時需要占用大量場地來廢棄舊混凝土板等，不利于綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

2.2 水泥混凝土路面病害處理后瀝青罩面

舊水泥混凝土路面病害處理后瀝青罩面，是現(xiàn)階段我國道路“白改黑”較為普遍的一種方法。該方法施工工期較短，不產(chǎn)生廢棄挖除物，噪音、振動很少。缺點是必須對病害板塊進行逐塊處理，比如對脫空板塊進行灌漿、對嚴重病害板塊進行整板翻修等，處理工序也比較復(fù)雜。最主要的缺點是只能延緩舊混凝土路面由于溫度變化及車輛荷載等作用引起的反射裂縫產(chǎn)生的時間，而不能徹底消除反射裂縫，導(dǎo)致使用壽命比較短。另外后期養(yǎng)護較為復(fù)雜，養(yǎng)護成本較高。

2.3 水泥混凝土路面破碎穩(wěn)固后加鋪瀝青路面

在舊水泥混凝土路面改造過程中，利用專用的水泥混凝土面板破碎設(shè)備將舊水泥混凝土路面打碎、壓穩(wěn)后加鋪路面結(jié)構(gòu)層的一種施工方法。由于水泥板破碎成為較小的碎塊之后，能夠大大降低溫度變化時水泥板的熱脹冷縮，然后經(jīng)過壓路機碾壓消除板塊間彎沉差，從而降低反射裂縫產(chǎn)生的可能性。

破碎技術(shù)一般又分三種：沖擊壓實技術(shù)、打裂壓穩(wěn)技術(shù)及碎石化技術(shù)（見圖2）。前兩種方式包括碎石化技術(shù)中的多錘頭技術(shù)，可以達到抑制反射裂縫產(chǎn)生的作用，但是由于水泥板粉碎不夠徹底，這幾種技術(shù)也不能完全消除反射裂縫。同時由于施工時的沖擊力比較大，對周邊的房屋、橋涵構(gòu)造物、地下管線等會產(chǎn)生不利影響，對舊路面結(jié)構(gòu)層擾動、破壞比較嚴重，可能造成舊路承載力不足而需要補強。

圖2 破碎技術(shù)示意圖

3 水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)在雙港大街改造中的應(yīng)用

3.1 水泥混凝土路面共振碎石化技術(shù)

舊水泥路面共振碎石化技術(shù)由美國率先開發(fā)使用，2004年由美國的安邁公司把這項技術(shù)引入我國，從2005年開始、在上海、浙江等地區(qū)逐步開始應(yīng)用。該項技術(shù)主要是根據(jù)共振設(shè)備發(fā)出一定頻率的震動諧波，該頻率與混凝土頻率一致時，引起混凝土板共振并迅速破碎開裂，從而達到破碎舊混凝土板的目的。這種方式與其他碎石化技術(shù)利用純沖擊力作用在使用機理上有很大的區(qū)別。

與其他碎石化工藝相比，共振碎石化技術(shù)有如下幾個優(yōu)點：

（1）對舊水泥混凝土板各層擾動、破壞很小，能夠保持原有道路的承載力。

由于它采用的是共振原理，它的能量被水泥混凝土吸收，不會把破碎的石塊砸入原有基層，因此維持了原有基層的承載力。根據(jù)現(xiàn)場施工的情況，通過對比實驗，共振施工的震動感小于其他碎石化工藝。

（2）對舊水泥混凝土板破碎更加徹底，結(jié)構(gòu)更加合理。

破碎后它的上層粒徑絕大多數(shù)在4 cm以下，能有效防止反射裂縫，下層絕大多數(shù)在15 cm以下，為板體性較好但有許多裂縫的破裂層。它的裂縫是成一定角度的，形成了一種嵌鎖結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與其它碎石化方式形成的垂直破裂結(jié)構(gòu)相比，有更大的承載力。也就是說既能保證碎石化層仍有一定的強度，又能起到防止反射裂縫的作用。這種結(jié)構(gòu)是目前其他方法無法做到的。

（3）施工進度快，工期短，對交通的影響小。

一臺破碎機每天最大破碎量在4 000～5 000m2之間，破碎后即可鋪筑路面，交通封閉時間比挖除原有混凝土結(jié)構(gòu)層重新鋪筑路面的方式減少3～5倍以上。

（4）基本無廢棄混凝土，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念。

該方法基本無廢棄混凝土，符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念。同時，從價格上比較，與挖除現(xiàn)狀混凝土結(jié)構(gòu)層重新鋪筑路面方式的造價基本相同甚至略低。相對于其他碎石化技術(shù)，由于反射裂縫控制合理，使用壽命遠遠大于其他碎石化技術(shù)，全壽命周期成本低。

3.2 雙港大街路面改造方案

現(xiàn)場調(diào)查表明，經(jīng)過十多年的運營，雙港大街出現(xiàn)嚴重路面病害。根據(jù)南昌市市政工程質(zhì)量檢測有限公司提供的《雙港大街路面現(xiàn)狀檢測報告》，路面評價指標P C I為64.235（雙港東大街）和57.5（雙港西大街），評價等級為D級，養(yǎng)護對策為大修或改擴建。

現(xiàn)狀水泥混凝土路面的改造有挖除重建和改造利用兩種方案。為積極響應(yīng)國家提倡的節(jié)約環(huán)保、綠色發(fā)展理念，結(jié)合項目前期向經(jīng)開區(qū)各級領(lǐng)導(dǎo)方案匯報的一系列溝通過程與成果，確定雙港大街采用舊水泥混凝土路面共振碎石化后再生利用方案。

隨著金山大道、昌西大道的建成通車，雙港大街的重載交通車輛越來越多，結(jié)合現(xiàn)場路面調(diào)查和檢測情況，為盡量降低路面抬高帶來的不利影響，經(jīng)內(nèi)部專家評審論證，初步確定機動車道采用水泥混凝土路面共振碎石化后加鋪40 cm水泥穩(wěn)定碎石基層（或24 cm鋼筋混凝土基層）和18 cm瀝青面層的改造方案。

根據(jù)國內(nèi)共振碎石化相關(guān)技術(shù)規(guī)程和工程實踐經(jīng)驗要求，共振碎石化路面改造工程應(yīng)遵循動態(tài)設(shè)計原則，根據(jù)現(xiàn)場破碎效果及時調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計參數(shù)及方案，設(shè)計參數(shù)的取值應(yīng)以現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)為依據(jù)。

根據(jù)承建方委托江西建院工程檢測有限公司2018年2月提供的《南昌經(jīng)開區(qū)雙港大街、黃家湖東路景觀提升改造工程承載板測定回彈模量試驗》報告，雙港東大街K6+425～K6+805段原路面共振碎石化后水泥路面頂面實測回彈模量均值約220MPa，舊水泥混凝土路面碎石化后的強度超出預(yù)期，因此判定道路基層可以適當減弱。

根據(jù)檢測結(jié)果，經(jīng)反復(fù)計算和科學(xué)論證，確定將原設(shè)計水泥混凝土路面共振碎石化后加鋪40 cm水泥穩(wěn)定碎石基層（或24 cm鋼筋混凝土基層）的設(shè)計方案調(diào)整為水泥混凝土路面共振碎石化后加鋪20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層+4 cm碎石調(diào)平層的方案，瀝青加鋪厚度仍然采用18 cm，同時，考慮到規(guī)劃部門提出的路面整體抬高37 cm對兩側(cè)建筑的影響，結(jié)合南昌市其它縣區(qū)已建類似工程的實施效果，確定機動車道抬高37 cm不變，非機動車道和人行道抬高值控制在10 cm以內(nèi)，采用技術(shù)措施原則上不抬高。

4 結(jié)語

綜上所述，雙港大街路面改造方案是在前期各方共同確定的水泥混凝土路面共振碎石化后再生利用方案的基礎(chǔ)上、結(jié)合共振碎石化的實際效果和檢測數(shù)據(jù)、綜合考慮平衡各方的意見和訴求、經(jīng)過反復(fù)計算和科學(xué)論證后確定的。

優(yōu)化調(diào)整以后的路面改造方案，施工操作更方便，工程施工進度更快，同時避免了混凝土基層反射裂縫的問題，考慮了梅雨季節(jié)施工不利因素，減少了價格上漲較快的鋼筋水泥用量，降低了工程造價，得到了參建各方及社會各界的普遍好評。