水泥混凝土路面高頻低振幅共振破碎技術(shù)研究

李文凱　李雪萍

【摘 要】高頻率低振幅共振破碎技術(shù)在水泥混凝土路面大中修過(guò)程中的應(yīng)用，能夠達(dá)到對(duì)水泥路面共振破碎，將傳統(tǒng)的剛性路面優(yōu)化成瀝青混凝土柔性路面的效果。在很大程度上緩解了“白改黑”路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)反射裂縫的問(wèn)題。該技術(shù)的應(yīng)用，減少了防裂處理等工序，節(jié)省了施工成本；此外，機(jī)械化施工速度快，在現(xiàn)有的水泥路面養(yǎng)護(hù)過(guò)程中有著重要的意義。

【關(guān)鍵詞】共振破碎；柔性路面；反射裂縫；機(jī)械化

中圖分類號(hào)： F426.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）20-0094-002

Study on High Frequency Low Amplitude Resonance and Crushing Technology of Cement Concrete Pavement

LI Wen-kai1 LI Xue-ping2

（1.Henan Engineering Engineering Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450000，China；

2.Henan Chemical Industry Research Institute Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000，China）

【Abstract】The application of high frequency and low amplitude resonance crushing technology in the process of large and medium-sized cement concrete pavement can achieve the effect of resonating the cement pavement and optimizing the traditional rigid pavement into asphalt concrete flexible pavement.To a large extent alleviate the "white to black" pavement curing technology applications in the emergence of reflective cracks.The application of this technology， reducing the anti-cracking process and other processes， saving construction costs；In addition，the mechanization of construction speed，in the existing cement pavement conservation process has important significance.

【Key words】Resonance broken；Flexible pavement；Reflection crack；Mechanization

0 前言

隨著我國(guó)公路事業(yè)的不斷發(fā)展，重交通和重載現(xiàn)象使早期的水泥路面發(fā)生了不同程度的破壞。尤其城市道路，水泥路面病害的出現(xiàn)，很大程度上影響了人們的交通出行，給人民生活帶來(lái)很大不便。傳統(tǒng)的“白改黑”道路修補(bǔ)技術(shù)，雖然在一定程度上解決了先期的影響，但是在施工的過(guò)程中必須采用灌縫、封縫以及粘貼防裂層來(lái)解決反射裂縫。不僅施工周期長(zhǎng)，而且給現(xiàn)場(chǎng)造成了巨大的交通壓力，施工有效時(shí)間也短暫，工程質(zhì)量也難以得到保障。從近幾年傳統(tǒng)“白改黑”道路的使用壽命來(lái)看，耐久性并不理想。針對(duì)以上“白改黑”技術(shù)出現(xiàn)的種種不足，高頻低振幅共振破碎的先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，為我國(guó)路面維修技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)拓了廣闊的前景。

1 碎石化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外目前主要存在兩種路面破碎技術(shù)：一種是MHB多錘頭破碎技術(shù)和另外一種RPB破碎技術(shù)。MHB技術(shù)是由美國(guó)Wisconsin州公路Antigo設(shè)備有限公司研發(fā)，并在上個(gè)世紀(jì)中期應(yīng)用于工程實(shí)踐中，其主要結(jié)構(gòu)是由前后按照一定間距設(shè)置8個(gè)或6個(gè)錘頭組成。

2 共振破碎技術(shù)對(duì)周圍環(huán)境影響

共振破碎技術(shù)的原理是將水泥路面的自振頻率達(dá)到與破碎機(jī)的振動(dòng)頻率相一致，從而達(dá)到共振的效果。

本文選取了福州市東二環(huán)路鰲峰大橋北橋頭K8+394～K8+448作為試驗(yàn)路段（長(zhǎng)約60m），同時(shí)為了便于分析數(shù)據(jù)走向，又添加北橋頭瀝青段，總計(jì)約100m。共振破碎機(jī)引進(jìn)的是GZL-600型全浮動(dòng)式共振機(jī)。在水泥路面破碎的過(guò)程中，為了進(jìn)一步研究破碎過(guò)程中發(fā)出的加速度波對(duì)周邊環(huán)境及路面地基的影響程度，運(yùn)用地震監(jiān)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

在現(xiàn)場(chǎng)操作的過(guò)程中測(cè)點(diǎn)分別選取距離振源0.3m和5m兩處，在測(cè)點(diǎn)位置安裝地震監(jiān)控設(shè)備探頭。在破碎時(shí)，監(jiān)測(cè)儀會(huì)自動(dòng)檢測(cè)出沿行車方向X、垂直行車方向Y、以及深度方向Z的振幅隨時(shí)間變化情況。通過(guò)測(cè)定振動(dòng)速率及主頻值變化情況，從而評(píng)價(jià)振源對(duì)測(cè)試點(diǎn)的影響程度。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)和圖3～圖5變化情況可知：在距離振源0.3m時(shí)，水平方向的通道X和通道Y，最大振幅為25.538cm，而在地面以下最大振幅達(dá)到23cm。雖然沒(méi)有能直接測(cè)出振源處各方向有效振幅，但是測(cè)試點(diǎn)接近震源，振幅增長(zhǎng)幅度不大，可以近似認(rèn)為是振源處的振動(dòng)情況。從結(jié)果上看，水平方向的高強(qiáng)度振動(dòng)破壞，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了建筑物安全規(guī)章的建筑安全值，可是在我國(guó)城市道路整體規(guī)劃建設(shè)中，兩旁的建筑物大都在道路兩旁5m以外。而在路面以下，對(duì)基層是否有較大傷害，會(huì)不會(huì)影響超過(guò)埋深80cm以下的地下管線，我們還將會(huì)進(jìn)一步挖坑檢測(cè)。從現(xiàn)場(chǎng)碎石情況看，水平和路面下的振動(dòng)強(qiáng)度，足以將水泥板振裂并破碎掉。

有表2和圖6～圖8可以看到：此時(shí)的振動(dòng)，發(fā)生了很大的改變。水平方向的最大振幅不到0.2cm，地面下最大振幅不到0.3cm。我國(guó)城市建筑物的抗震等級(jí)往往超過(guò)6級(jí)，除非道路附件的建筑物本身存在安全隱患，否則施工過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)不會(huì)對(duì)周邊的建筑物產(chǎn)生危害。與振源附近混凝土板破碎情況相比，遠(yuǎn)距離共振破碎不能達(dá)到破水泥碎混凝土板的效果。分析不同距離共振破碎變化的情況，水泥混凝土板共振破碎技術(shù)不會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)附近的建筑物產(chǎn)生大的危害，在城市道路施工中應(yīng)用比較安全。endprint

3 破碎效果研究分析

3.1 破碎的強(qiáng)度

雖然在共振破碎的過(guò)程中混凝土板達(dá)到了破碎的效果，但是破碎后碎石的粒徑應(yīng)滿足相應(yīng)的級(jí)配要求。這樣才能夠保證新建路面的強(qiáng)度以及整體穩(wěn)定性滿足相關(guān)規(guī)范要求。本課題在開(kāi)展過(guò)程中選取19MPa、20MPa和21MPa三種振動(dòng)力和2.5km/h、3km/h、和3.5km/h三種行進(jìn)速度。同時(shí)選取不同大小振動(dòng)力和行進(jìn)速度對(duì)混凝土板進(jìn)行共振破碎，進(jìn)行挖坑檢測(cè)破碎效果。在檢測(cè)中，我們得出共振破碎有以下兩大特點(diǎn)：一、水泥混凝土表層以下8cm左右碎石化，而下部雖然也被震裂，但仍具有較好的嵌擠性，因而保證了上部的“柔性化”；二、下部振裂但沒(méi)松散，基層完整性較好，仍具有較好的承載能力。進(jìn)而可以得出共振破碎施工技術(shù)不會(huì)對(duì)掩埋的地下管線造成危害。

3.2 破碎后顆粒的級(jí)配特點(diǎn)

在破碎的基礎(chǔ)上，選取相同振動(dòng)頻率（頻率44Hz）下的三個(gè)破碎試驗(yàn)帶，從各試驗(yàn)帶處隨機(jī)挖取破碎的隨時(shí)，然后對(duì)碎石進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)篩分試驗(yàn)，將結(jié)果繪制于圖9中。

由曲線圖可以看到：試坑1是在激振力為21Mpa，行走速度為3.5km/h時(shí)的情況：雖然此時(shí)的激振力比較大，但是由于速度過(guò)快，破碎效果不太理想，導(dǎo)致顆粒較粗。試驗(yàn)坑2將激振力和行走速度降到19Mpa和3.0km/h，破碎后的顆粒明顯減小。為了進(jìn)一步對(duì)比分析，在試驗(yàn)坑2的基礎(chǔ)上，將激振力設(shè)置為20Mpa，行進(jìn)速率2.5km/h，由于速率更小，此種情況下的破碎顆粒最小。由此得出，在振動(dòng)頻率確定的情況下，共振破碎的效果與振動(dòng)力和行進(jìn)速率關(guān)系密切。

結(jié)合破碎機(jī)的工作原理，對(duì)碎石篩分結(jié)果和挖坑情況進(jìn)行研究分析。最終得出，激振力與前進(jìn)速率對(duì)共振破碎效果的影響程度也有所差異，行進(jìn)速率對(duì)破碎效果的影響更為明顯。綜合考慮，發(fā)現(xiàn)當(dāng)激振力控制在20Mpa～21Mpa，行走速度設(shè)置在3.0km/h～3.5km/h時(shí)的施工狀況，既能滿足水泥混凝土路面的破碎效果同時(shí)還可以獲得較高的生產(chǎn)效率。

4 小結(jié)

在如今道路改造和維修的大趨勢(shì)下，水泥混凝土路面共振破碎技術(shù)不僅結(jié)合了當(dāng)代實(shí)際需要，而且對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境影響較小，同時(shí)也能夠有效預(yù)防反射裂縫隱患的發(fā)生，保證了改造后的工程質(zhì)量。該技術(shù)的應(yīng)用與推廣，對(duì)水泥路面的升級(jí)改造有非常深遠(yuǎn)的意義。

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