道路改造项目中的共振碎石化技术应用及其监理管控要点

1 项目概况

某道路提升改造工程（以下简称“本工程”）本次实施长度为1 017 m，标准横断面宽30 m，车行道宽12 m，双向2车道，属于城市次干道等级。因道路建成投入使用已经超过20年，为改善周边地块居民出行舒适度，提高道路通行效率，经相关主管部门同意，对本道路实施提升改造。本次提升改造为“白改黑”，采用对现状混凝土路面进行碎石化处理后整体加铺沥青混凝土面层的施工技术。道路共振碎石化前已经委托专业单位对路面现状进行板块检测，道路绝大部分水泥路板块结构基本完整，路面存在小裂缝，对存在断板、沉陷严重及排水不畅通的路基软弱路段，采用C25混凝土换填方式处理。

2 共振碎石化施工技术工艺流程

水泥路面共振碎石化是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段之一。其原理是通过专用设备将水泥混凝土路面的板块一次性破碎为碎块柔性结构。其破碎后颗粒粒径小，一般为25 mm～150 mm，力学模式更趋向于级配碎石。碎石化技术根据破碎原理和施工机械的不同，又分为多锤头碎石化和共振碎石化法两类。其中，共振碎石化在DB33/T 2191—2019《公路水泥路面共振碎石化及沥青路面加铺设计和施工技术规范》（以下简称“《规范》”）中有相应规定：使用专用共振碎石化设备，在水泥混凝土板块共振频率或接近其共振频率的条件下，运用足够的破碎动能将混凝土板破碎并达到共振破碎状态。

本工程共振碎石化施工采用共振式混凝土破碎机（型号CB-900），其基本工作原理为：利用振动梁带动工作锤头振动，锤头与路面接触。锤头的振动频率约44 Hz，振幅为20 mm；通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥板块的固有频率，激发其共振，即可轻而易举地将水泥混凝土板块击碎。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2.5 cm～15.2 cm的较理想尺寸，通过调节振动频率和振幅，可控制破碎的深度。

本工程共振碎石化施工主要工艺流程为：破碎试验路段→试验效果检查→确定破碎工艺控制→共振碎石化破碎→碎石化后钢轮振动压路机来回碾压3遍以上→撒布乳化沥青透层油→加铺沥青面层（按设计图纸要求进行）。

3 现场监理管控要点

3.1 共振碎石化施工监理要点

（1）督促施工方做好试运转工作。正式作业前，监理部人员应督促施工单位检查机械传动、安全装置等，确认设备运行正常后开始进行试运转，共振碎石化效果满足设计要求后方可开始全面共振碎石化作业。

（2）通过试验运转来确定合适的共振频率与幅度。共振碎石使用梁式共振设备对水泥路面进行调谐共振破碎。只有通过共振梁调频调幅，才能使得激振力与水泥板固有频率实现耦合作用，达到裂而不碎的共振效果。

（3）注意周边环境保护工作。在共振碎石化作业中，根据前期物探及管线调查成果（通过原有技术资料调研、现场踏勘，以及物探、坑探等手段，查明红线范围内的地上、地下管线的桩号、分布范围、埋深等信息，了解管线的性质、技术状态及使用年限等信息），在路面上有管道或者地下构筑物的地方，使用红漆做出明显的标识、标线；对于共振碎石化施工路段内的构筑物、管线及标定的沿线敏感建筑物（一般应避开该区域或路段），在施工期间监理人员应督促施工单位派专人进行实时观察，一旦发现出现开裂等异常现象应立即停止施工并做好记录，经调查分析原因并采取相应的保护措施后方可再进行施工。

（4）落实旁站工作。督促施工单位按合理的施工顺序实施作业。一般由外侧车道边缘开始向内进行破碎，若相邻车道沿纵缝进行了切割，亦可由中间向两边破碎；每一遍锤头破碎宽度约0.2 m～0.3 m，在破碎一遍后紧接着破碎第二遍时，第二遍破碎区域间隔应控制在半个锤头宽度以内，严格控制隔行破碎现象；共振碎石化一个车道的过程中，实际破碎宽度应超出一个车道，与相邻车道搭接部分宽度至少15 cm。

3.2 碾压作业施工监理要点

共振碎石化完成后，直线和平曲线段应由两侧路肩开始向路中心碾压。碾压时监理管控的要点如下。

（1）控制碾压宽度。采用振动压路机（不小于15 t）碾压时相邻碾压带应重叠100 m～200 mm，折回时应先停止振动；采用轮胎压路机碾压时相邻碾压带应重叠1/3～1/2的碾压轮宽度。

（2）控制碾压遍数不得少于5遍。“1遍”是指在破碎层上碾压一个来回，碾压速度不允许超过5 km/h。为提高碾压效果，可在第1遍和第3遍碾压之前洒水。在实际施工条件允许的情况下，应尽可能提高碾压遍数。对路面边缘、加宽及港湾式停车带等大型压路机难于碾压的部位，宜采用自重1 t～2 t的小型振动压路机或振动夯板作补充碾压，碾压遍数一般等同于上述主车道碾压遍数。

3.3 共振碎石化后检查验收要点

根据《规范》要求，共振碎石化后，监理应组织施工管理人员通过现场随机取芯检查（芯样直径一般为150 mm），对“粒径大小”“是否咬合”“是否斜向裂缝”等指标共同进行检查验收。

（1）为了验证老旧水泥板块共振碎石化后是否达到“碎块结合呈现碎块咬合、裂而不散”的状态，应采用专用取芯设备随机在共振碎石化路面进行取芯。取芯比例为：每千米及每个车道，设一处取芯点；一个施工段不少于一处。对钻孔取芯芯样以及孔壁观察发现：上部8 cm左右厚的混凝土呈破碎颗粒状；下部板块呈明显的45°～60°斜向裂缝，但不松散（能取出整体芯样块）。经设计单位专业人员查看后确认达到共振碎石化预期的效果。

（2）较大粒径碎块的处理。在项目实施过程中，位于原道路板块路中纵缝位置出现多处粒径大于100 mm的混凝土碎块，根据《规范》第7.4.1条“对于碎石层表层局部存在的大于10 cm的碎块，应清除并采用级配碎石回填”的要求，监理人员在旁站过程中及时记录并通知施工作业人员予以人工清理；后续在沥青施工前摊铺级配碎石并予以碾压。

4 工程造价对比分析

结合城市道路常规结构层设计参数，参照本工程类似子项投标价及项目周边其他市政工程水泥稳定碎石层单价进行分析：若考虑挖除（外运）原有混凝土板块后再重建厚度为23 cm的C25混凝土板块，则每平方米造价约为50.74（投标价）＋115.18（投标价）＝165.82元；若考虑挖除（外运）原有混凝土板块后再重建厚度为30 cm的5%水泥稳定碎石层，则每平方米造价约为50.74（投标价）＋95（询价）＝145.74元。

本工程施工单位共振碎石化投标价为39元/m2。按照道路施工面积9 500 m2计算，直接费节约额在100万元～120万元之间。

5 工期对比分析

经现场实际测算，共振式混凝土破碎机（型号CB-900）每天能共振碎石化约2 000 m2混凝土板块，沥青施工可同步跟上。新建混凝土板块或者铺设水泥稳定碎石层2 000 m2约需要2 d～3 d，后期需要封闭交通养护期7 d（水稳养护）～20 d（混凝土板块养护）方可摊铺沥青。可见，共振碎石化技术在城区道路改造中的工期以及施工便利优势显而易见。同时，共振碎石化后能够大大降低施工作业现场的机械和土工作业时间，减少对道路周边小区的交通及建筑噪声干扰等，几乎杜绝建筑垃圾外运填埋的工作；同时也能降低施工场周边环境PM2.5数值以及大量工程车辆通行带来的交通压力。

6 结 语

监理人员在施工监理过程中落实了前期原状路面混凝土板块完好程度、地下管线、构筑物的物探及调查工作，在施工过程中合理控制共振碎石化的振幅和频率，加强对碾压过程的管控，验收时检查碎化粒径并对大粒径颗粒及时清理，采用级配碎石填充等一系列管控措施，较好地完成了施工监理工作。目前该段路面已经完成了粗粒式沥青的浇筑工作，通过对沥青路面的弯沉检测，完全符合设计要求，达到了预期的改造提升效果。

实践证明，采用共振碎石化技术及加铺沥青路面层实现老旧路面的重生和再利用是完全可行的，既能显著降低旧水泥路面改造升级工程造价，又能够达到环保再利用的效果。