水泥混凝土路面 共振碎石化技术手册上海万广建设发展有限公司
2016.8
目录
............................................................................................................. 1 1、为什么“白改黑”
1.1大量的水泥砼路面亟待改造 .................................................................................... 1
1.2“白改黑”是城镇化的选择 ..................................................................................... 1 “白改黑”存在的问题 ....................................................................................................... 1 2、
2.1存在的问题 ................................................................................................................ 1
2.2适宜的粒径 ................................................................................................................ 2
3、共振碎石化是实现最优破碎的工艺 ................................................................................. 2
4、共振碎石化工作原理 ......................................................................................................... 2
4.1共振碎石化设备 ........................................................................................................ 2
4.2共振破碎原理 ............................................................................................................ 3
4.3共振梁调谐原理 ........................................................................................................ 3
4.4水泥路面的破碎状态 ................................................................................................ 4
4.5工艺参数的选择 ........................................................................................................ 5
5、共振碎石化的技术优势 ..................................................................................................... 5
5.1彻底消除反射裂缝 .................................................................................................... 5
5.2技术适用广 ................................................................................................................ 5
5.3原路再生利用充分 .................................................................................................... 6
5.4加铺结构设计简单 .................................................................................................... 6
5.5施工工艺简便 ............................................................................................................ 6
5.6施工效率高 ................................................................................................................ 6
5.7技术成熟，应用广泛 ................................................................................................ 6
5.8绿色、环保、低碳 .................................................................................................... 6
5.9污染小、扰民低 ........................................................................................................ 6
5.10施工交通组织简便 .................................................................................................. 7
5.11路面更加耐久，投资少 .......................................................................................... 7
6、破碎工艺比较 ..................................................................................................................... 7
7、工程实例 ............................................................................................................................. 9
7.1国省道的应用 ............................................................................................................ 9
7.2城市道路的应用 ...................................................................................................... 10
8、设计与施工 ....................................................................................................................... 12
8.1设计依据 .................................................................................................................. 12
8.2碎石化时机的选择 .................................................................................................. 13
8.3典型结构 .................................................................................................................. 13
8.4质量检验与评定 ...................................................................................................... 14
8.5施工中的注意事项 .................................................................................................. 15
参考文献 ................................................................................................................................. 16
1、为什么“白改黑”
1.1大量的水泥砼路面亟待改造
截止2012年年底，我国水泥混凝土路面总里程达到165.32万公里[1]。上世纪90年代，乃至10年前建设的大量水泥混凝土路面，随着使用年限的增加，快速增长的交通荷载的作用，大量的水泥混凝土路面进入了大中修阶段。
1.2“白改黑”是城镇化的选择
水泥混凝土路面“白改黑”后具有更高的路面平整度、更优的路面抗滑性、更低的行车噪声、更低的眩光特性、更佳的行车舒适性和安全性、更低费用、更小的交通影响，更符合城市的发展需求。
2、“白改黑”存在的问题
2.1存在的问题
（1）水泥混凝土路面“白改黑”最大的问题是反射裂缝的防治。
图 1板块接缝产生的反射裂缝 图 2大尺寸碎块产生的反射裂缝
（2）将板块破碎成较细的颗粒，能够避免反射裂缝。但水泥混凝土板块的剩余强度低，加铺结构层厚，投资费用高。
水泥混凝土路面共振碎石化技术
2.2适宜的粒径 上海万广建设发展有限公司
图 3破碎粒径与材料模量关系示意图
破碎粒径大，易产生反射裂缝；破碎粒径小，路面剩余强度不足，加铺层厚度大。根据国内外几十年的工程实践，以及室内、外大量研究，破碎后水泥混凝土板块粒径在3-20cm是实现两种状态最佳组合的破碎效果[7]。最佳契合点如图 3所示。
3、共振碎石化是实现最优破碎的工艺
共振碎石化技术在美国、欧洲等几十个国家得到了大量和广泛的应用。2006年引进中国，在上海、浙江、福建等地得到较广泛的应用，累计完成超过800万m2的工程量。业已证明共振碎石化技术的成熟性、可靠性和适用性。
相对传统破碎工艺而言，共振碎石化技术是实现消除反射裂缝和水泥混凝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．土路面尽可能高剩余承载力两个条件的最优工艺。破碎粒径在-20cm共．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3．．．．．．范围。．．．振碎石化技术就达到这样破碎效果的技术[7]。
4、共振碎石化工作原理
4.1共振碎石化设备
上海万广建设发展有限公司拥有的CB-900（CB，Concrete Breaker）型共振碎石化机设备是美国共振碎石化设备的最新发展型，是目前使用的最先进的型号。
图 4共振碎石化破碎机
图 5 共振机锤头正面 图 6 共振机锤头侧面
主要技术参数：发动机功率约630 hp，振动梁宽宽66cm，振动梁配重5443－9070kg，破碎锤头重23kg，整车总重27.2-31.8t。振动频率42-46Hz，振幅在20mm左右。
4.2共振破碎原理
”破碎水泥混凝土板块，而是以“巧劲”实现“四共振碎石化不依靠“蛮力．．．．．
两拨千斤”的效果，这是共振破碎的最大特点。实现了激振力与板块的固有频率．．．．
的最佳组合。促使水泥混凝土板块共振开裂，且裂而不碎。实现这一目标的关键
梁的调谐作用”。技术在于“共振．．．．．．．．
4.3共振梁调谐原理
共振梁是实现共振碎石化设备的关键与核心部件。
锤头
图 7 共振梁共振破碎原理 图 8单锤头破碎原理
共振梁调谐原理（图 7）：由偏心凸轮旋转产生偏心力，通过共振梁调幅、调频后，将振动能量传递给破碎锤头，使得锤头的振动频率达到水泥面板的固有频率，板块共振并迅速开裂。使锤头激振频率与激振力达到破碎板块的最佳组合。
将偏心凸轮与锤头直接相连称作单锤头破碎设备，将在第6节介绍。
4.4水泥路面的破碎状态
共振碎石化后，破碎粒径自上而下由小到大，粒径主要分布在3cm-15cm范围内。上层0～8cm范围内，粒径相对较小，一般在5cm以下，呈现相对松散状态，类似于级配碎石，起到释放应力的作用；下层粒径集中在5～15cm的块状粒料，呈斜向嵌锁状态，破裂角在30°-60°范围，裂而不散，强度高。不论强度和模量均高于密实状态的级配碎石[2]。
图 9 共振式破碎原理示意图
上层松散
下层嵌锁 30-60°斜裂缝
图 10共振碎石化的路面技术状态
根据研究[2]，单层碎石化层的模量（静态模量）一般在 500-900MPa。
4.5工艺参数的选择
板块破碎的效果受共振破碎机的破碎前进速度、振幅、振动频率、破碎顺序，以及原路面结构、水泥混凝土强度、刚度条件、传力杆、拉杆等因素都影响。为达到最佳的破碎效果，需进行试振破碎，通过开挖样坑，检查、验证、调整，使之达到最佳的破碎效果。工艺参数的调整需要经验丰富的工程单位承担，可调整的工艺参数如下：
共振频率：42-46Hz；
共振锤振幅：20mm左右；
工作行进速度：2-3km/h；
破碎顺序：由板边到板中。
5、共振碎石化的技术优势
5.1彻底消除反射裂缝
共振碎石化破碎粒径在20cm范围以内，彻底消除反射裂缝的产生。相对其他水泥混凝土路面破碎技术更为有效。
5.2技术适用广
共振碎石化采用高频低幅的振动，共振碎石技术对周边建筑物、构筑物和地下管线影响最小，技术适用范围广。共振碎石化技术适用的水泥混凝土路面技术状况相对其他技术较宽，《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》（JTGT
水泥混凝土路面共振碎石化技术
F31-2014）对此作了比较。 上海万广建设发展有限公司
除了公路水泥混凝土路面破碎外，共振碎石化较其他破碎工艺更加适合城市道路。
5.3原路再生利用充分
采用共振碎石化技术的原路面结构和材料均得到了相对充分的利用。相对多锤头破碎技术，共振碎石化技术更能发挥板块和结构层的剩余强度。
5.4加铺结构设计简单
共振碎石化路面上加铺层设计简单，不需专门的防反射裂缝设计和设施。通常加铺结构为两层式沥青面层或三层式沥青面层。
5.5施工工艺简便
共振碎石化技术“白改黑”一般工艺：共振碎石化破碎→洒水碾压→喷洒透层油→铺筑加铺层。施工工艺简单、成熟、可靠，不需专门的配套设备。
5.6施工效率高
破碎行进速度：2-3km•车道/h。一般一台设备一天可破碎2500m2左右（效率取决于多方面因素，水泥混凝土板块强度、厚度、交通天气等因素）。
5.7技术成熟，应用广泛
共振碎石化技术在国外应用广泛，在我国的应用也超过了10年。各等级公路、城市道路，农村公路、国省道，不同交通等级的道路上均有应用，均有较好的使用效果。设计、施工成熟标准，技术成熟度高。
5.8绿色、环保、低碳
共振碎石化破碎技术不产生固体废弃物、无污染；消耗的新资源、新能源少，相应的碳排放少。共振碎石化技术是一种绿色、环保、低碳的水泥混凝土路面“白改黑”技术。
5.9污染小、扰民低
破碎产生的粉尘相对低，通过预洒水工艺有效降低破碎过程中的粉尘。共振
水泥混凝土路面共振碎石化技术 上海万广建设
发展有限公司
破碎产生的噪音和振动相对小，传播距离短。相对多锤头破碎，产生的粉尘、振动、噪音明显低，扰民低，更加和谐。
5.10施工交通组织简便
共振碎石化技术施工交通组织更为简便，对交通影响小、扰民小。
5.11路面更加耐久，投资少
（1）采用共振碎石化破碎的路面结构加铺层相对其他破碎工艺加铺层结构薄，路面改建的直接综合成本低（Integrated Direct costs）。
（2）施工快捷、工期短、快放交通快，间接费用（Indirect costs）低。
（3）经共振碎石化改建的道路路面结构更加耐久，维护少、大修间隔时间长，路面结构的寿命周期成本（life cycle cost，LCC）低。
6、破碎工艺比较
（1）多锤头破碎
多锤头破碎是水泥混凝土路面较为常用的一种破碎方式。多锤头破碎系统由两排各3对650kg的锤头组成，两侧各有1对865kg翼锤。锤头最大提升高度110cm。依靠重锤自由下落的冲击力实现板块的破碎。特点是冲击力大、振动频率低，振动传播远，临近建筑和地下管线有明显影响（图 12）。
图 11 多锤头破碎机（MHB） 图 12 多锤头与共振破碎效果图 多锤头的冲击力较大，板块破碎粒径小，剩余强度低，与级配碎石相当。此外，锤头冲击力对基层承载力也造成一定损伤。因此，经多锤头破碎后路面结构，加铺层通常相对较厚。
水泥混凝土路面共振碎石化技术
表 1共振破碎、多锤头破碎工艺比较
上海万广建设发展有限公司 （2）单锤头破碎
单锤头破碎在多锤头的基础上加以改进，将多锤变为单锤形式，提高了锤击的频率，减小了锤击力度。同时，在一定程度上借鉴了共振破碎的特点，采用偏心凸轮激振。与共振破碎共振梁调谐作用（图 7）不同，单锤头破碎直接将偏心轮加载于锤头（原理见图 8），无法实现激振力与混凝土板块固有频率的耦合：
（1）要么激振频率过高，激振力不足，导致板块无法有效打裂，加铺结构易产生反射裂缝；
（2）要么激振频率过低，激振力过大，板块打碎，剩余强度不足。
两种破碎技术的原理比较如下：
表 2共振破碎、单锤头破碎原理比较
表 3共振破碎、单锤头破碎工艺比较
水泥混凝土路面共振碎石化技术
上海万广建设发展有限公司
7、工程实例
共振碎石化技术引入我国后，首先应用于国省道，之后在不同等级的道路以及城市道路上推广和应用，截止2016年上半年，累积完成了超过800万m2的工程量，取得了较好的效果和口碑。
7.1国省道的应用
沪青平公路为318国道上海段，主要为水泥混凝土路面。交通等级属于重交通。上海市公路管理处首次引进共振碎石化技术，于2005年铺筑了0.477 km的共振碎石化的试验段。后期的跟踪观测、研究认为反射裂缝防治、资源再利用、
随后于2007、2008年进行了大范围的共振碎石化工程应用。节能减排效果明显。
作为示范工程，每年对该路进行定期回访，该路至今未产生反射裂缝等病害，状况良好，仅需日常性路面养护。
图 13 G318沪青平公路现况
宝钱公路为321省道。大部分为水泥混凝土路面，交通量大、重载超重车辆多。宝钱公路（沪太公路至娄塘河桥段）大修工程采用共振碎石化工艺，项目于2011实施，至今路况较好。
图 14 S321宝钱公路（沪太公路至娄塘河桥段）
浙江省于2007年引进共振碎石化技术，首先应用于104国道（临海段）的“白改黑”改造中，总长度超过6km，加铺三层式沥青面层，铺筑厚度为15cm。基于良好的使用效果，2008年至2016年分年分段不断实施104国道的“白改黑”，迄今已经完成近50km长的共振碎石化“白改黑”改造。2016年7月回访，路面使用至今仍然完好，期间未实施过大修。大大降低了公路养护、运营、管理的成本。
2007年铺筑段
图 15 104国道临海段
7.2城市道路的应用 2009年铺筑段
莘松路（莘东路～西环路）是上海市闵行区繁忙的城市道路。
所处的周边环
境复杂：沿线有众多的银行、证券所、医院、超市、企事业单位、餐饮娱乐场所、居民区和众多绿化设施；地面交通复杂：每天有近20条公交线路途径该路；早晚上下班高峰拥堵现象严重；地下管线众多：包括燃气、电力、电信、排水、自来水、污水等。
图 16 莘松路现况
传统“开膛破肚”的改造工艺，需要近半年的时间，施工 “噪音、扬尘”，交通的阻断严重，社会影响大。闵行市政署从“缩短工期、节约造价、节能环保”等方面综合考虑，引入了“路面共振碎石化”技术实施“白改黑”，于2010年12月18日开工，2011年1月25日竣工，工期仅39天，其中共振碎石化振碎工期仅为4天。工程交付5年后，再次回访，路况仍然保持较好状态。
浙江省临海市临海大道作为该市城区的主干道，联系着周边重要的公共设施，作为临海市城区市政道路改造的重点工程于2014年实施了共振碎石化“白改黑”，
也大大改善了路线区改造后的路面不仅显著提升了路面的使用状况和技术水平，
域的市容市貌。经2年使用后，2016
年现场回访，路况如新铺一般。
图 17 临海大道
东方大道是S225省道城镇段，主要为水泥混凝土路面。该路自2011开始分段采用共振碎石化技术实施“白改黑”。2011年修建路段，2016年回访，路段至今完好。
2011年已实施路段
图 18东方大道 2016年正在实施路段
2016年继续进行东方大道的后续路段施工。图中为共振碎石化后的路段铺筑完下面层，过往交通分车道行驶。
自共振碎石化技术引进我国，在上海、浙江成功应用后，共振碎石化技术在福建、江苏等地也得到了大规模的应用，应用效果获得了一致好评。
8、设计与施工
8.1设计依据
（1）公路水泥混凝土路面再生利用技术细则（JTGT F31-2014）
（2）公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006
）
（3）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）（4）水泥路面共振碎石化加铺技术研究与应用（研究报告）.上海市公路管理处，同济大学2007.10
8.2碎石化时机的选择
时机是一个模糊的概念。根据价值工程理论：共振碎石化“白改黑”的工程价值>其他维修改造方案的工程价值。价值可以是项目总投资，也可以是项目的寿命周期费用，还可以是项目的社会经济价值。
时机的选择应同时满足技术可行和经济可行。相对其他破碎工艺，共振碎石化技术适用性更广。项目总投资、寿命周期经济费用低，社会经济价值高。
《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》（JTGT F31-2014）从水泥混凝土路面技术状态的角度给出了共振碎石化的适用条件。
8.3典型结构
共振碎石化路面加铺层的厚度与交通量有关，与原路面结构状况和剩余承载力有关。国内共振碎石化路面加铺结构归纳如下：
表 4共振碎石化加铺典型结构
加铺层材料的选择，根据道路等级、所在气候分区特点等因素，选择不同质量等级的材料。对于重交通道路可以采用橡胶沥青混合料AR-AC、Superpave、SMA等混合料，以及抗车辙剂、玄武岩纤维等添加剂来增强混合料的抗车辙性能和高温稳定性。
8.4质量检验与评定 碎石化路面施工质量验收标准主要通过碎石化破碎粒径和结构状态进行检验与评定。检验主要依据：
●
●
●公路水泥混凝土路面再生利用技术细则（JTGT F31-2014）公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）
（1）碎石化破碎粒径检验
通过开挖试坑判断，避免过度松散和不能有效破碎两种极端情况。
表 5共振碎石化施工质量检验标准
（2）破碎化层的结构状态检验
共振碎石化后该层呈现上层松散，下
层嵌锁的状态。状态的检验采取钻心方法
获得。通过钻芯试样，判断混凝土板下部
结构裂缝嵌锁状态。如下图呈现30-60°
斜向裂缝，结构状态裂而不散，满足嵌锁
要求。
（3）结构剩余强度
路面结构剩余强度可采用碎石化层
顶面回弹模量进行检验。该模量为整个路
面结构层的当量回弹模量。
当量回弹模量不应作为评价碎石化层是否合格的指标。因为路面结构剩余强度和模量与整个路面结构各层材料的状态密切相关，与所测试的季节状态有关。《细则》仅将回弹模量作为参考推荐。 图 19 取芯效果判断
8.5施工中的注意事项
（1）试验段试破碎发展有限公司
由于路面结构的差异，混凝土板块厚度、强度的不同，在正式开工破碎前，应当进行试破碎，以获得最佳的工艺参数。以2006年金山大道共振碎石化项目为例，破碎基本参数：激振力8.89kN左右，破碎应力52MPa左右，振幅2mm，振动频率44Hz，连续破碎。
图 20专业人员指挥试破碎，调整相关参数
（2）雨天防雨
雨天应采取防雨措施（图 22），防止雨水下渗浸泡，软化损毁路面结构。
图 21分车道破碎
（3）特殊路段处理图 22 及时铺设防雨铺盖
原路存在基层病害的地方，应修复基层病害，重铺水泥混凝土板后，再行破碎。破碎后的混凝土板，如出现软弱段，或弹簧现象，需要翻挖补强。
（4）碾压稳固发展有限公司
破碎后的路面应采用压路机在最佳含水量条件下进行碾压，确保破碎后路面的稳固。
图 23 碾压稳固
（5）喷洒透层油、摊铺沥青面层图 24 摊铺沥青面层
应用透层油可封闭雨水渗透路径，使混凝土碎块板结。
图 25 沥青面层单钢轮压路机碾压 图 26沥青面层胶轮压路机碾压 参考文献
[1]2012年公路水路交通运输行业发展统计公报
[2]水泥路面共振碎石化加铺技术研究与应用（研究报告）.上海市公路管理处，同济大学
2007.10
[3]徐柱杰; 凌建明; 黄琴龙．旧水泥混凝土路面共振碎石化效果研究．中国公路学
报．2006.2．pp26-32．
[4]黄晓明; 张玉宏; 李昶; 邓松．水泥混凝土路面碎石化层应力强度因子有限元分析．公
路交通科技．2006.2．pp52-55．
[5]张玉宏; 李昶; 王松根;
黄晓明．碎石化后沥青加铺层应力对比分析．公路交通科
水泥混凝土路面共振碎石化技术 上海万广建设
发展有限公司
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]技．2006.3．pp1-5． 张玉宏; 王松根; 李昶．国外水泥混凝土路面碎石化技术简介．公路．2003.9．pp94-97Rubblization of Portland Cement Concrete Pavements． Transportation Research. NumberE-C087 2006.1http://www.trb.orghttp://www.highway.sh.cn/index.jsphttp://www.asphaltpavement.orgBemenian, S., P. Sebaaly. Cost Effective Rehabilitation of Portland Cement ConcretePavement in Nevada. Transportation Research Record 1684. 1999. pp. 156-164http://www.airporttech.tc.faa.gov/Download/Airport-Pavement-Papers-Publicationshttp://www.asphaltroads.org/http://www.resonantmachines.com
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2016.8
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............................................................................................................. 1 1、为什么“白改黑”
1.1大量的水泥砼路面亟待改造 .................................................................................... 1
1.2“白改黑”是城镇化的选择 ..................................................................................... 1 “白改黑”存在的问题 ....................................................................................................... 1 2、
2.1存在的问题 ................................................................................................................ 1
2.2适宜的粒径 ................................................................................................................ 2
3、共振碎石化是实现最优破碎的工艺 ................................................................................. 2
4、共振碎石化工作原理 ......................................................................................................... 2
4.1共振碎石化设备 ........................................................................................................ 2
4.2共振破碎原理 ............................................................................................................ 3
4.3共振梁调谐原理 ........................................................................................................ 3
4.4水泥路面的破碎状态 ................................................................................................ 4
4.5工艺参数的选择 ........................................................................................................ 5
5、共振碎石化的技术优势 ..................................................................................................... 5
5.1彻底消除反射裂缝 .................................................................................................... 5
5.2技术适用广 ................................................................................................................ 5
5.3原路再生利用充分 .................................................................................................... 6
5.4加铺结构设计简单 .................................................................................................... 6
5.5施工工艺简便 ............................................................................................................ 6
5.6施工效率高 ................................................................................................................ 6
5.7技术成熟，应用广泛 ................................................................................................ 6
5.8绿色、环保、低碳 .................................................................................................... 6
5.9污染小、扰民低 ........................................................................................................ 6
5.10施工交通组织简便 .................................................................................................. 7
5.11路面更加耐久，投资少 .......................................................................................... 7
6、破碎工艺比较 ..................................................................................................................... 7
7、工程实例 ............................................................................................................................. 9
7.1国省道的应用 ............................................................................................................ 9
7.2城市道路的应用 ...................................................................................................... 10
8、设计与施工 ....................................................................................................................... 12
8.1设计依据 .................................................................................................................. 12
8.2碎石化时机的选择 .................................................................................................. 13
8.3典型结构 .................................................................................................................. 13
8.4质量检验与评定 ...................................................................................................... 14
8.5施工中的注意事项 .................................................................................................. 15
参考文献 ................................................................................................................................. 16
1、为什么“白改黑”
1.1大量的水泥砼路面亟待改造
截止2012年年底，我国水泥混凝土路面总里程达到165.32万公里[1]。上世纪90年代，乃至10年前建设的大量水泥混凝土路面，随着使用年限的增加，快速增长的交通荷载的作用，大量的水泥混凝土路面进入了大中修阶段。
1.2“白改黑”是城镇化的选择
水泥混凝土路面“白改黑”后具有更高的路面平整度、更优的路面抗滑性、更低的行车噪声、更低的眩光特性、更佳的行车舒适性和安全性、更低费用、更小的交通影响，更符合城市的发展需求。
2、“白改黑”存在的问题
2.1存在的问题
（1）水泥混凝土路面“白改黑”最大的问题是反射裂缝的防治。
图 1板块接缝产生的反射裂缝 图 2大尺寸碎块产生的反射裂缝
（2）将板块破碎成较细的颗粒，能够避免反射裂缝。但水泥混凝土板块的剩余强度低，加铺结构层厚，投资费用高。
水泥混凝土路面共振碎石化技术
2.2适宜的粒径 上海万广建设发展有限公司
图 3破碎粒径与材料模量关系示意图
破碎粒径大，易产生反射裂缝；破碎粒径小，路面剩余强度不足，加铺层厚度大。根据国内外几十年的工程实践，以及室内、外大量研究，破碎后水泥混凝土板块粒径在3-20cm是实现两种状态最佳组合的破碎效果[7]。最佳契合点如图 3所示。
3、共振碎石化是实现最优破碎的工艺
共振碎石化技术在美国、欧洲等几十个国家得到了大量和广泛的应用。2006年引进中国，在上海、浙江、福建等地得到较广泛的应用，累计完成超过800万m2的工程量。业已证明共振碎石化技术的成熟性、可靠性和适用性。
相对传统破碎工艺而言，共振碎石化技术是实现消除反射裂缝和水泥混凝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．土路面尽可能高剩余承载力两个条件的最优工艺。破碎粒径在-20cm共．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3．．．．．．范围。．．．振碎石化技术就达到这样破碎效果的技术[7]。
4、共振碎石化工作原理
4.1共振碎石化设备
上海万广建设发展有限公司拥有的CB-900（CB，Concrete Breaker）型共振碎石化机设备是美国共振碎石化设备的最新发展型，是目前使用的最先进的型号。
图 4共振碎石化破碎机
图 5 共振机锤头正面 图 6 共振机锤头侧面
主要技术参数：发动机功率约630 hp，振动梁宽宽66cm，振动梁配重5443－9070kg，破碎锤头重23kg，整车总重27.2-31.8t。振动频率42-46Hz，振幅在20mm左右。
4.2共振破碎原理
”破碎水泥混凝土板块，而是以“巧劲”实现“四共振碎石化不依靠“蛮力．．．．．
两拨千斤”的效果，这是共振破碎的最大特点。实现了激振力与板块的固有频率．．．．
的最佳组合。促使水泥混凝土板块共振开裂，且裂而不碎。实现这一目标的关键
梁的调谐作用”。技术在于“共振．．．．．．．．
4.3共振梁调谐原理
共振梁是实现共振碎石化设备的关键与核心部件。
锤头
图 7 共振梁共振破碎原理 图 8单锤头破碎原理
共振梁调谐原理（图 7）：由偏心凸轮旋转产生偏心力，通过共振梁调幅、调频后，将振动能量传递给破碎锤头，使得锤头的振动频率达到水泥面板的固有频率，板块共振并迅速开裂。使锤头激振频率与激振力达到破碎板块的最佳组合。
将偏心凸轮与锤头直接相连称作单锤头破碎设备，将在第6节介绍。
4.4水泥路面的破碎状态
共振碎石化后，破碎粒径自上而下由小到大，粒径主要分布在3cm-15cm范围内。上层0～8cm范围内，粒径相对较小，一般在5cm以下，呈现相对松散状态，类似于级配碎石，起到释放应力的作用；下层粒径集中在5～15cm的块状粒料，呈斜向嵌锁状态，破裂角在30°-60°范围，裂而不散，强度高。不论强度和模量均高于密实状态的级配碎石[2]。
图 9 共振式破碎原理示意图
上层松散
下层嵌锁 30-60°斜裂缝
图 10共振碎石化的路面技术状态
根据研究[2]，单层碎石化层的模量（静态模量）一般在 500-900MPa。
4.5工艺参数的选择
板块破碎的效果受共振破碎机的破碎前进速度、振幅、振动频率、破碎顺序，以及原路面结构、水泥混凝土强度、刚度条件、传力杆、拉杆等因素都影响。为达到最佳的破碎效果，需进行试振破碎，通过开挖样坑，检查、验证、调整，使之达到最佳的破碎效果。工艺参数的调整需要经验丰富的工程单位承担，可调整的工艺参数如下：
共振频率：42-46Hz；
共振锤振幅：20mm左右；
工作行进速度：2-3km/h；
破碎顺序：由板边到板中。
5、共振碎石化的技术优势
5.1彻底消除反射裂缝
共振碎石化破碎粒径在20cm范围以内，彻底消除反射裂缝的产生。相对其他水泥混凝土路面破碎技术更为有效。
5.2技术适用广
共振碎石化采用高频低幅的振动，共振碎石技术对周边建筑物、构筑物和地下管线影响最小，技术适用范围广。共振碎石化技术适用的水泥混凝土路面技术状况相对其他技术较宽，《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》（JTGT
水泥混凝土路面共振碎石化技术
F31-2014）对此作了比较。 上海万广建设发展有限公司
除了公路水泥混凝土路面破碎外，共振碎石化较其他破碎工艺更加适合城市道路。
5.3原路再生利用充分
采用共振碎石化技术的原路面结构和材料均得到了相对充分的利用。相对多锤头破碎技术，共振碎石化技术更能发挥板块和结构层的剩余强度。
5.4加铺结构设计简单
共振碎石化路面上加铺层设计简单，不需专门的防反射裂缝设计和设施。通常加铺结构为两层式沥青面层或三层式沥青面层。
5.5施工工艺简便
共振碎石化技术“白改黑”一般工艺：共振碎石化破碎→洒水碾压→喷洒透层油→铺筑加铺层。施工工艺简单、成熟、可靠，不需专门的配套设备。
5.6施工效率高
破碎行进速度：2-3km•车道/h。一般一台设备一天可破碎2500m2左右（效率取决于多方面因素，水泥混凝土板块强度、厚度、交通天气等因素）。
5.7技术成熟，应用广泛
共振碎石化技术在国外应用广泛，在我国的应用也超过了10年。各等级公路、城市道路，农村公路、国省道，不同交通等级的道路上均有应用，均有较好的使用效果。设计、施工成熟标准，技术成熟度高。
5.8绿色、环保、低碳
共振碎石化破碎技术不产生固体废弃物、无污染；消耗的新资源、新能源少，相应的碳排放少。共振碎石化技术是一种绿色、环保、低碳的水泥混凝土路面“白改黑”技术。
5.9污染小、扰民低
破碎产生的粉尘相对低，通过预洒水工艺有效降低破碎过程中的粉尘。共振
水泥混凝土路面共振碎石化技术 上海万广建设
发展有限公司
破碎产生的噪音和振动相对小，传播距离短。相对多锤头破碎，产生的粉尘、振动、噪音明显低，扰民低，更加和谐。
5.10施工交通组织简便
共振碎石化技术施工交通组织更为简便，对交通影响小、扰民小。
5.11路面更加耐久，投资少
（1）采用共振碎石化破碎的路面结构加铺层相对其他破碎工艺加铺层结构薄，路面改建的直接综合成本低（Integrated Direct costs）。
（2）施工快捷、工期短、快放交通快，间接费用（Indirect costs）低。
（3）经共振碎石化改建的道路路面结构更加耐久，维护少、大修间隔时间长，路面结构的寿命周期成本（life cycle cost，LCC）低。
6、破碎工艺比较
（1）多锤头破碎
多锤头破碎是水泥混凝土路面较为常用的一种破碎方式。多锤头破碎系统由两排各3对650kg的锤头组成，两侧各有1对865kg翼锤。锤头最大提升高度110cm。依靠重锤自由下落的冲击力实现板块的破碎。特点是冲击力大、振动频率低，振动传播远，临近建筑和地下管线有明显影响（图 12）。
图 11 多锤头破碎机（MHB） 图 12 多锤头与共振破碎效果图 多锤头的冲击力较大，板块破碎粒径小，剩余强度低，与级配碎石相当。此外，锤头冲击力对基层承载力也造成一定损伤。因此，经多锤头破碎后路面结构，加铺层通常相对较厚。
水泥混凝土路面共振碎石化技术
表 1共振破碎、多锤头破碎工艺比较
上海万广建设发展有限公司 （2）单锤头破碎
单锤头破碎在多锤头的基础上加以改进，将多锤变为单锤形式，提高了锤击的频率，减小了锤击力度。同时，在一定程度上借鉴了共振破碎的特点，采用偏心凸轮激振。与共振破碎共振梁调谐作用（图 7）不同，单锤头破碎直接将偏心轮加载于锤头（原理见图 8），无法实现激振力与混凝土板块固有频率的耦合：
（1）要么激振频率过高，激振力不足，导致板块无法有效打裂，加铺结构易产生反射裂缝；
（2）要么激振频率过低，激振力过大，板块打碎，剩余强度不足。
两种破碎技术的原理比较如下：
表 2共振破碎、单锤头破碎原理比较
表 3共振破碎、单锤头破碎工艺比较
水泥混凝土路面共振碎石化技术
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7、工程实例
共振碎石化技术引入我国后，首先应用于国省道，之后在不同等级的道路以及城市道路上推广和应用，截止2016年上半年，累积完成了超过800万m2的工程量，取得了较好的效果和口碑。
7.1国省道的应用
沪青平公路为318国道上海段，主要为水泥混凝土路面。交通等级属于重交通。上海市公路管理处首次引进共振碎石化技术，于2005年铺筑了0.477 km的共振碎石化的试验段。后期的跟踪观测、研究认为反射裂缝防治、资源再利用、
随后于2007、2008年进行了大范围的共振碎石化工程应用。节能减排效果明显。
作为示范工程，每年对该路进行定期回访，该路至今未产生反射裂缝等病害，状况良好，仅需日常性路面养护。
图 13 G318沪青平公路现况
宝钱公路为321省道。大部分为水泥混凝土路面，交通量大、重载超重车辆多。宝钱公路（沪太公路至娄塘河桥段）大修工程采用共振碎石化工艺，项目于2011实施，至今路况较好。
图 14 S321宝钱公路（沪太公路至娄塘河桥段）
浙江省于2007年引进共振碎石化技术，首先应用于104国道（临海段）的“白改黑”改造中，总长度超过6km，加铺三层式沥青面层，铺筑厚度为15cm。基于良好的使用效果，2008年至2016年分年分段不断实施104国道的“白改黑”，迄今已经完成近50km长的共振碎石化“白改黑”改造。2016年7月回访，路面使用至今仍然完好，期间未实施过大修。大大降低了公路养护、运营、管理的成本。
2007年铺筑段
图 15 104国道临海段
7.2城市道路的应用 2009年铺筑段
莘松路（莘东路～西环路）是上海市闵行区繁忙的城市道路。
所处的周边环
境复杂：沿线有众多的银行、证券所、医院、超市、企事业单位、餐饮娱乐场所、居民区和众多绿化设施；地面交通复杂：每天有近20条公交线路途径该路；早晚上下班高峰拥堵现象严重；地下管线众多：包括燃气、电力、电信、排水、自来水、污水等。
图 16 莘松路现况
传统“开膛破肚”的改造工艺，需要近半年的时间，施工 “噪音、扬尘”，交通的阻断严重，社会影响大。闵行市政署从“缩短工期、节约造价、节能环保”等方面综合考虑，引入了“路面共振碎石化”技术实施“白改黑”，于2010年12月18日开工，2011年1月25日竣工，工期仅39天，其中共振碎石化振碎工期仅为4天。工程交付5年后，再次回访，路况仍然保持较好状态。
浙江省临海市临海大道作为该市城区的主干道，联系着周边重要的公共设施，作为临海市城区市政道路改造的重点工程于2014年实施了共振碎石化“白改黑”，
也大大改善了路线区改造后的路面不仅显著提升了路面的使用状况和技术水平，
域的市容市貌。经2年使用后，2016
年现场回访，路况如新铺一般。
图 17 临海大道
东方大道是S225省道城镇段，主要为水泥混凝土路面。该路自2011开始分段采用共振碎石化技术实施“白改黑”。2011年修建路段，2016年回访，路段至今完好。
2011年已实施路段
图 18东方大道 2016年正在实施路段
2016年继续进行东方大道的后续路段施工。图中为共振碎石化后的路段铺筑完下面层，过往交通分车道行驶。
自共振碎石化技术引进我国，在上海、浙江成功应用后，共振碎石化技术在福建、江苏等地也得到了大规模的应用，应用效果获得了一致好评。
8、设计与施工
8.1设计依据
（1）公路水泥混凝土路面再生利用技术细则（JTGT F31-2014）
（2）公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006
）
（3）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）（4）水泥路面共振碎石化加铺技术研究与应用（研究报告）.上海市公路管理处，同济大学2007.10
8.2碎石化时机的选择
时机是一个模糊的概念。根据价值工程理论：共振碎石化“白改黑”的工程价值>其他维修改造方案的工程价值。价值可以是项目总投资，也可以是项目的寿命周期费用，还可以是项目的社会经济价值。
时机的选择应同时满足技术可行和经济可行。相对其他破碎工艺，共振碎石化技术适用性更广。项目总投资、寿命周期经济费用低，社会经济价值高。
《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》（JTGT F31-2014）从水泥混凝土路面技术状态的角度给出了共振碎石化的适用条件。
8.3典型结构
共振碎石化路面加铺层的厚度与交通量有关，与原路面结构状况和剩余承载力有关。国内共振碎石化路面加铺结构归纳如下：
表 4共振碎石化加铺典型结构
加铺层材料的选择，根据道路等级、所在气候分区特点等因素，选择不同质量等级的材料。对于重交通道路可以采用橡胶沥青混合料AR-AC、Superpave、SMA等混合料，以及抗车辙剂、玄武岩纤维等添加剂来增强混合料的抗车辙性能和高温稳定性。
8.4质量检验与评定 碎石化路面施工质量验收标准主要通过碎石化破碎粒径和结构状态进行检验与评定。检验主要依据：
●
●
●公路水泥混凝土路面再生利用技术细则（JTGT F31-2014）公路沥青路面设计规范（JTGD50-2006）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）
（1）碎石化破碎粒径检验
通过开挖试坑判断，避免过度松散和不能有效破碎两种极端情况。
表 5共振碎石化施工质量检验标准
（2）破碎化层的结构状态检验
共振碎石化后该层呈现上层松散，下
层嵌锁的状态。状态的检验采取钻心方法
获得。通过钻芯试样，判断混凝土板下部
结构裂缝嵌锁状态。如下图呈现30-60°
斜向裂缝，结构状态裂而不散，满足嵌锁
要求。
（3）结构剩余强度
路面结构剩余强度可采用碎石化层
顶面回弹模量进行检验。该模量为整个路
面结构层的当量回弹模量。
当量回弹模量不应作为评价碎石化层是否合格的指标。因为路面结构剩余强度和模量与整个路面结构各层材料的状态密切相关，与所测试的季节状态有关。《细则》仅将回弹模量作为参考推荐。 图 19 取芯效果判断
8.5施工中的注意事项
（1）试验段试破碎发展有限公司
由于路面结构的差异，混凝土板块厚度、强度的不同，在正式开工破碎前，应当进行试破碎，以获得最佳的工艺参数。以2006年金山大道共振碎石化项目为例，破碎基本参数：激振力8.89kN左右，破碎应力52MPa左右，振幅2mm，振动频率44Hz，连续破碎。
图 20专业人员指挥试破碎，调整相关参数
（2）雨天防雨
雨天应采取防雨措施（图 22），防止雨水下渗浸泡，软化损毁路面结构。
图 21分车道破碎
（3）特殊路段处理图 22 及时铺设防雨铺盖
原路存在基层病害的地方，应修复基层病害，重铺水泥混凝土板后，再行破碎。破碎后的混凝土板，如出现软弱段，或弹簧现象，需要翻挖补强。
（4）碾压稳固发展有限公司
破碎后的路面应采用压路机在最佳含水量条件下进行碾压，确保破碎后路面的稳固。
图 23 碾压稳固
（5）喷洒透层油、摊铺沥青面层图 24 摊铺沥青面层
应用透层油可封闭雨水渗透路径，使混凝土碎块板结。
图 25 沥青面层单钢轮压路机碾压 图 26沥青面层胶轮压路机碾压 参考文献
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