共振碎石化技术在双港大街改造中的应用

2019-07-20熊雪明

城市道桥与防洪 2019年7期

熊雪明

（南昌市城市规划设计研究总院，江西南昌 330038）

1 概述

双港大街为南昌国家级经济技术开发区内一条重要的东西向城市主干路，道路西起昌西大道，向东经过庐山中大道、孔目湖路，东止经开大道，全长约7 km，双港大街以庐山中大道为界，西侧为双港西大街，东侧为双港东大街，全线为四块板断面型式，机非分行，双向六车道，设计速度60 km/h，工程位置见图1。

图1 工程位置示意图

双港东大街于2003年建成，原为水泥混凝土路面，机动车道水泥混凝土面板厚约28 cm，非机动车道水泥混凝土面板厚约18 cm，后期在运营养护过程中机动车道加铺了6～10 cm沥青混凝土，非机动车道未加铺沥青。

双港西大街原仅实施了机动车道水泥混凝土路面，混凝土板厚21～30 cm，2016年，经开区对双港西大街进行了提升改造，将机动车道水泥路面病害处理后，加铺了10 cm沥青，两侧新建沥青混凝土非机动车道和吸水砖人行道，部分路段机动车道和非机动车道沥青上面层未实施。

2016年4月，经过方案竞标，顺利中标双港大街景观提升改造工程设计。建设单位同时要求将双港大街打造成南昌国家经济技术开发区的东大门形象道路和全区道路改造的样板工程，对各参建单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 挖除现状水泥混凝土路面后新建沥青路面

挖除原有混凝土结构层，从而使旧水泥板产生反射裂缝的问题得以彻底解决。该方法工艺简单、技术成熟，设备要求低，但施工工期较长，交通封闭时间长，对于交通量大的城市道路容易引起交通拥堵，从而增加社会运行成本，同时需要占用大量场地来废弃旧混凝土板等，不利于绿色环保的发展理念。

2.2 水泥混凝土路面病害处理后沥青罩面

旧水泥混凝土路面病害处理后沥青罩面，是现阶段我国道路“白改黑”较为普遍的一种方法。该方法施工工期较短，不产生废弃挖除物，噪音、振动很少。缺点是必须对病害板块进行逐块处理，比如对脱空板块进行灌浆、对严重病害板块进行整板翻修等，处理工序也比较复杂。最主要的缺点是只能延缓旧混凝土路面由于温度变化及车辆荷载等作用引起的反射裂缝产生的时间，而不能彻底消除反射裂缝，导致使用寿命比较短。另外后期养护较为复杂，养护成本较高。

2.3 水泥混凝土路面破碎稳固后加铺沥青路面

在旧水泥混凝土路面改造过程中，利用专用的水泥混凝土面板破碎设备将旧水泥混凝土路面打碎、压稳后加铺路面结构层的一种施工方法。由于水泥板破碎成为较小的碎块之后，能够大大降低温度变化时水泥板的热胀冷缩，然后经过压路机碾压消除板块间弯沉差，从而降低反射裂缝产生的可能性。

破碎技术一般又分三种：冲击压实技术、打裂压稳技术及碎石化技术（见图2）。前两种方式包括碎石化技术中的多锤头技术，可以达到抑制反射裂缝产生的作用，但是由于水泥板粉碎不够彻底，这几种技术也不能完全消除反射裂缝。同时由于施工时的冲击力比较大，对周边的房屋、桥涵构造物、地下管线等会产生不利影响，对旧路面结构层扰动、破坏比较严重，可能造成旧路承载力不足而需要补强。

图2 破碎技术示意图

3 水泥混凝土路面共振碎石化技术在双港大街改造中的应用

3.1 水泥混凝土路面共振碎石化技术

旧水泥路面共振碎石化技术由美国率先开发使用，2004年由美国的安迈公司把这项技术引入我国，从2005年开始、在上海、浙江等地区逐步开始应用。该项技术主要是根据共振设备发出一定频率的震动谐波，该频率与混凝土频率一致时，引起混凝土板共振并迅速破碎开裂，从而达到破碎旧混凝土板的目的。这种方式与其他碎石化技术利用纯冲击力作用在使用机理上有很大的区别。

与其他碎石化工艺相比，共振碎石化技术有如下几个优点：

（1）对旧水泥混凝土板各层扰动、破坏很小，能够保持原有道路的承载力。

由于它采用的是共振原理，它的能量被水泥混凝土吸收，不会把破碎的石块砸入原有基层，因此维持了原有基层的承载力。根据现场施工的情况，通过对比实验，共振施工的震动感小于其他碎石化工艺。

（2）对旧水泥混凝土板破碎更加彻底，结构更加合理。

破碎后它的上层粒径绝大多数在4 cm以下，能有效防止反射裂缝，下层绝大多数在15 cm以下，为板体性较好但有许多裂缝的破裂层。它的裂缝是成一定角度的，形成了一种嵌锁结构，这种结构与其它碎石化方式形成的垂直破裂结构相比，有更大的承载力。也就是说既能保证碎石化层仍有一定的强度，又能起到防止反射裂缝的作用。这种结构是目前其他方法无法做到的。

（3）施工进度快，工期短，对交通的影响小。

一台破碎机每天最大破碎量在4 000～5 000m2之间，破碎后即可铺筑路面，交通封闭时间比挖除原有混凝土结构层重新铺筑路面的方式减少3～5倍以上。

（4）基本无废弃混凝土，符合绿色环保的发展理念。

该方法基本无废弃混凝土，符合绿色环保的发展理念。同时，从价格上比较，与挖除现状混凝土结构层重新铺筑路面方式的造价基本相同甚至略低。相对于其他碎石化技术，由于反射裂缝控制合理，使用寿命远远大于其他碎石化技术，全寿命周期成本低。

3.2 双港大街路面改造方案

现场调查表明，经过十多年的运营，双港大街出现严重路面病害。根据南昌市市政工程质量检测有限公司提供的《双港大街路面现状检测报告》，路面评价指标P C I为64.235（双港东大街）和57.5（双港西大街），评价等级为D级，养护对策为大修或改扩建。

现状水泥混凝土路面的改造有挖除重建和改造利用两种方案。为积极响应国家提倡的节约环保、绿色发展理念，结合项目前期向经开区各级领导方案汇报的一系列沟通过程与成果，确定双港大街采用旧水泥混凝土路面共振碎石化后再生利用方案。

随着金山大道、昌西大道的建成通车，双港大街的重载交通车辆越来越多，结合现场路面调查和检测情况，为尽量降低路面抬高带来的不利影响，经内部专家评审论证，初步确定机动车道采用水泥混凝土路面共振碎石化后加铺40 cm水泥稳定碎石基层（或24 cm钢筋混凝土基层）和18 cm沥青面层的改造方案。

根据国内共振碎石化相关技术规程和工程实践经验要求，共振碎石化路面改造工程应遵循动态设计原则，根据现场破碎效果及时调整、优化设计参数及方案，设计参数的取值应以现场实测数据为依据。

根据承建方委托江西建院工程检测有限公司2018年2月提供的《南昌经开区双港大街、黄家湖东路景观提升改造工程承载板测定回弹模量试验》报告，双港东大街K6+425～K6+805段原路面共振碎石化后水泥路面顶面实测回弹模量均值约220MPa，旧水泥混凝土路面碎石化后的强度超出预期，因此判定道路基层可以适当减弱。

根据检测结果，经反复计算和科学论证，确定将原设计水泥混凝土路面共振碎石化后加铺40 cm水泥稳定碎石基层（或24 cm钢筋混凝土基层）的设计方案调整为水泥混凝土路面共振碎石化后加铺20 cm水泥稳定碎石基层+4 cm碎石调平层的方案，沥青加铺厚度仍然采用18 cm，同时，考虑到规划部门提出的路面整体抬高37 cm对两侧建筑的影响，结合南昌市其它县区已建类似工程的实施效果，确定机动车道抬高37 cm不变，非机动车道和人行道抬高值控制在10 cm以内，采用技术措施原则上不抬高。