共振碎石化介绍

设计思路、要点

共振碎石化技术起源于上世纪80年代的美国,由美国RMI公司将这种技术大规模应用于工程施工中并取得了理想的效果。图1为美国RMI公司的RB550系列共振破碎机。它的出现使水泥路面破碎改造工艺实现了新的突破。
图1-RB550型共振式破碎机



1.1设备工作原理
RB系列共振设备为美国RMI公司研发设计的专业设备，独具优势的共振梁技术为其技术核心，该设备通过发动机提供功率，由液压系统驱动偏心块转动产生振动源，通过大钢梁将振动传递至锤头。调节偏心块转动速率，从而调节合适的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发水泥面板在锤头下局部范围内产生共振，使得混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减少而碎裂。


振动频率：42-46HZ                                                                                                     振 幅：2cm
振动力：约8.89KN

图1.设备特点  共振梁技术

1.2技术特点
1）处理反射裂缝效果好
共振碎石化技术将旧混凝土面板进行了彻底破碎，形成了上层粒径为3㎝以下的碎石层和下层粒径不大于20cm的块体层，经碾压后，粒料啮合嵌挤稳定；共振碎石化后水泥板块上层粒径较小且松散，在沥青混凝土铺装层下形成应力吸收层，阻止了下层混凝土板裂缝的反射。


图2. 碎石化后，裂而不散
2）粒料尺寸均匀，弹性模量高，可直接用作基层
共振碎石化技术破碎后粒料尺寸均匀，结构层具有较高的柔性和高弹性模量，所需加铺的沥青混凝土面层厚度较薄，可直接用作基层，是优于其它破碎方法的显著特征。


图3. 典型碎石化路面结构


3）工期短，成本低
共振碎石化技术较全部挖除重做基层方案约节约4/5工期，节省2/3工程成本。利用共振破碎机来回行走进行共振破碎，工艺简单，操作方便。
4）环境污染少
共振碎石化利用共振原理，使混凝土面产生共振破坏，锤头振幅小（≤20mm），对环境振动影响小，噪音低于镐头机。

二、施工要求
2.1施工工艺流程（图4）

图4. 共振碎石化工艺流程
2.2施工操作要点
2.2.1准备工作
1、查明道路地质状况，软土、含水量大、地下水位高等地质较差的路基，应对共振机械破碎参数进行调整，如减少振冲力、增大破碎层的尺寸等，从而降低对这些路段结构层的破坏。
2、查明沿线桥涵等结构物分布情况，两侧预留一定的距离（不小于10m）不能采用碎石化施工。
3、查明道路沿线房屋等建筑情况，评估碎石化施工是否会引起建筑开裂，对于可能引起建筑开裂的路段，沿道路纵向对旧水泥混凝土路面进行面层厚度切割，以阻止碎石化时震动能量对附近建筑的传播。
4、清理旧路面上的沥青补块。
2.2.2试振、破碎参数确定
旧水泥混凝土路面共振破碎质量主要受破碎机行走速度、振幅、破碎间距、破碎顺序、破碎施工方向等因素影响，基层强度、刚度条件亦对面板破碎程度、粒径大小、粒料排列和形成的破裂面方向产生影响。为了确保共振破碎质量，实施共振破碎前必须进行破碎试振。
RB550共振破碎机工作行走速度0～5km/h，振幅为10～20mm，振动梁配重5443～9070kg，单次破碎宽度为15到22CM。试振参数主要通过调整破碎机工作行走速度、振幅、振动梁配重、破碎间距、微调振动频率来达到理想的破碎效果。旧水泥混凝土路面共振碎石化效果，采取外观鉴别和实地检测相结合的方法，选取具有代表性的路段挖坑穴抽样检验、检测，一般每隔250m距路边2.5m位置开挖1㎡左右的坑穴，试振路段检测频率应加倍，深度至路面基层顶面，分析共振破裂效果。鉴别板块内是否产生斜向受力和嵌紧结构，判断、分析、评价共振碎裂技术作用力扩展到板块的何位置完成了能量的传递，以及对板块周围的结构物和基层是否会造成损坏。同时，定点检测沉降量，测定回弹弯沉值、检测破碎状况、纵横坡度等。若检测结果表明：共振破碎使旧水泥混凝土路面纵、横坡度发生变化较小；沉降量和侧向位移相对较小；回弹弯沉值测定旧水泥混凝土路面回弹弯沉值小，共振碎石化碾压后回弹弯沉值大，符合充当基层的回弹弯沉值，铺筑沥青混凝土路面后路表回弹弯沉值将小于路面容许弯沉值，振动参数符合设计要求。如果破碎后的混凝土路面碎石化层粒径不能达到要求，则破碎程序或破碎参数必须进行调整，直至试振区破碎结果满足要求，并记录合乎要求的设置参数，以便在施工路段采用。
试振结束，试坑采用密级配碎石回填并压实。
2.2.3共振碎石化施工
1、交通控制
对于碎石化范围内的出入口应有醒目的安全标记，禁止无关车辆与人员出入。
破碎施工须占用两条车道，对于双向四车道且没有中央分隔带的道路，应在道路中央设置隔离对向车道的设施，施工作业区域的两个车道禁止交通通行。隔离措施到位，在隔离处设置明显的交通导向标志，或派专人负责指挥交通。
2、共振破碎施工
共振破碎施工按试振确定的破碎参数进行。破碎施工顺序一般是由外侧车道开始，如果中间车道作了纵向切割，也可由中向边的顺序破碎，破碎施工速度控制在1.6～2.7km·车道／台班。每一遍破碎宽度约0.2m，一条车道(3.5～3.75m)破碎完需要18～2O遍(一个来回定义为2遍)。破碎一遍，会对相邻约5cm 区域造成一定的碎裂。因此，为了提高破碎效率以节省时间，同时，为了防止过度破碎(连续破碎两遍的区域)，在破碎一遍后，紧接着破碎第二遍时，第二遍破碎区域间隔开第一遍破碎区域3～5cm。
破碎一个车道的宽度，实际破碎宽度应超出一个车道，与相邻车道搭接至少15cm。
若外侧车道边缘有路缘石或其它设施、内侧车道靠中央分隔带边缘阻碍共振机械的施工，即沿着车道纵向破碎时，内外侧车道边缘会有50～80cm的路面破碎不到(锤头不能作水平移动)，此时，可采用辅助机械设备进行破碎机动车两边缘。（如图5所示）

图5. 辅助机械先进行破碎机动车边缘
2.2.4破碎层整治
路面破碎完，清除旧水泥混凝土路面接缝填料以及较大粒径（尺寸）的表面块体，并用密级配碎石粒料回填；对于破碎后大于5cm的凹陷，同样采用级配碎石粒料回填。
碎石化结束后，对存在明显下陷的破碎板局部软弱地段或区域，要将这些区域破碎板挖出，采用早强水泥或掺早强剂的水泥稳定碎石进行补强。水泥稳定碎石补强厚度原则上不大于30cm，如出现路基软化等现象，挖出软化路基后用碎石或碎石化材料回填，压实后再用水泥稳定碎石回填碾压至混凝土路面标高。
2.2.5碾压
清除表面粗粒料后进行碾压，压路机采用高频、低幅振动钢轮压路机，激振力不小于10t，碾压速度不得大于1.6m／s，碾压遍数3～5遍。为增强压实效果，可先洒水然后压实。碾压可足以将表面细碎粒压入表面裂缝，进一步提高破碎混凝土的模量，使破碎混凝土嵌入路基可存在的空隙中。压实后，任何有垂直移动超过20mm 的局部地方，用钉耙耙松加拌级配碎石粒料，找平并碾压，碾压完成后表面应密实平整。碎石化水泥混凝土面层碾压密实后，应马上进行透层、下封层及沥青面层铺筑施工。