淺析白改黑路面施工中共振破碎技術(shù)的應(yīng)用

李騰飛

摘 要：路面改造是公路施工中的重要內(nèi)容，在白改黑工程中，常常使用共振破碎技術(shù)?；诖耍疚姆治隽诉@項(xiàng)施工技術(shù)的要點(diǎn)，希望能夠在控制要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，切實(shí)提升公路工程的最終質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：白改黑路面;共振破碎施工;工藝分析

中圖分類號(hào)：U416.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

白改黑路面改造就是在舊混凝土路面加鋪一層瀝青混凝土，以此保障路面的耐久度與實(shí)用程度。對(duì)于城市道路而言，白天的車流量相對(duì)較大，路面經(jīng)常會(huì)在長期輪胎摩擦中造成損傷，在實(shí)施白改黑路面改造期間，只能在夜間施工，有效施工時(shí)間較短，并且在施工過程中也不能將交通中斷，導(dǎo)致施工質(zhì)量難以得到有效控制，在這種不良條件下實(shí)施粘貼防裂措施，不僅不能解決瀝青層面反射裂縫問題，對(duì)于路面的耐久度也有一定的影響。因此，共振破碎施工技術(shù)在實(shí)際工程中被廣泛應(yīng)用。在該技術(shù)應(yīng)用期間，需要對(duì)其各項(xiàng)施工參數(shù)和技術(shù)原理加強(qiáng)分析，才能保障該技術(shù)在工程施工中得到有效應(yīng)用。

1 工程概況

某國道公路進(jìn)行路面改造，公路由原有水泥混凝土改為瀝青路面。設(shè)計(jì)為二級(jí)公路，速度為60 km/h。寬度為12 m～22 m。該公路改造區(qū)域在城市化交通密集區(qū)域，如果采取傳統(tǒng)施工方式，不僅會(huì)增加施工時(shí)間，還會(huì)造成一定的污染，影響周圍居民的生活和工作。因此，在本段路面改造區(qū)域中引入共振破碎技術(shù)，在施工前期給周圍各個(gè)廠商、居委會(huì)和社區(qū)發(fā)布施工通告單，保障工程順利開展，該“白改黑”路面改造項(xiàng)目工期為80 d。

2 共振破碎工藝技術(shù)原理

（1）技術(shù)原理。一般情況下看來，舊水泥混凝土路面破碎施工技術(shù)包括多種技術(shù)，比如門板式打裂破碎、多錘頭破碎技術(shù)（MHB）和“羊角碾”震裂技術(shù)等，這些技術(shù)雖然能夠達(dá)到震碎舊水泥混凝土的目的，但由于震動(dòng)比較大，對(duì)周圍的環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。因此，在“白改黑”路面改造中，不適宜采用。

共振碎石化施工工藝，在水泥混凝土路面破碎施工中是一種常用的工藝，對(duì)于消除加鋪層反射裂縫具有很好的效果。該技術(shù)的原理為通過碎石化機(jī)械設(shè)備的凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的偏心力，在錘頭與路面的接觸部位可產(chǎn)生較大的能量，這巨大的能量可把水泥混凝土塊板沖擊成大小不均勻的顆?；蛘咂?，之后進(jìn)行壓實(shí)，可提高路面的承載能力，降低甚至消除加鋪層反射裂痕。

一般情況下，不同的構(gòu)件與結(jié)構(gòu)固有頻率不同，而共振碎石化技術(shù)的相關(guān)設(shè)備通過其自身的激振頻率的適當(dāng)調(diào)整，去無限接近固有頻率，最終產(chǎn)生共振響應(yīng)，從而使得結(jié)構(gòu)振幅最大，并產(chǎn)生最佳激振力，通過承載板試驗(yàn)檢測(cè)舊水泥混凝土板，能夠得到當(dāng)量回彈模量、水泥穩(wěn)定層的當(dāng)量回彈模量。之后便可經(jīng)過計(jì)算得到每一塊舊水泥混凝土板固定頻率、水泥穩(wěn)定層固有頻率。確定二者的頻率之后，合理確定共振破碎設(shè)備的行走速度和壓力，無限接近舊水泥混凝土板固有頻率，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)舊水泥混凝土板的共振破碎。

（2）工藝特點(diǎn)。與使用重錘把水泥板塊“打斷”沖擊不同，共振破碎產(chǎn)生的能量比較大，且與舊水泥混凝土接觸的時(shí)間比較短，因此是把水泥板塊表面的“裂紋”瞬間均勻“擴(kuò)展”到板塊的底部，但是不致于破壞基層結(jié)構(gòu)。舊水泥板塊的裂縫為斜向裂縫，與路面的夾角在35°～40°之間。由于屬于特殊的嵌緊結(jié)構(gòu)，因此可大幅提高破碎之后結(jié)構(gòu)的承載能力。高頻振動(dòng)力作用于水泥板塊內(nèi)部，可使整體破碎均勻，可掌握破碎塊的大小和方向，從而使得水泥與鋼筋完全剝離開。共振破碎設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)力，僅僅把作用擴(kuò)展到板塊邊緣，因此對(duì)周圍結(jié)構(gòu)的破壞很小，甚至不破壞周圍的結(jié)構(gòu)設(shè)施。

3 實(shí)際應(yīng)用情況

（1）施工工藝參數(shù)。在共振破碎工藝施工期間，主要參數(shù)包含共振破碎錘頭激振頻率、激振力和設(shè)備行駛速度。在激振頻率確定情況下，共振設(shè)備的行進(jìn)速率和錘頭激振力對(duì)于共振破碎的效果十分重大。結(jié)合本工程實(shí)際情況，為了確定最佳的施工參數(shù)，將其路面分離出試驗(yàn)路段，對(duì)周圍房屋和地下管線的全面考慮，確定激振力分別為19 MPa、20 MPa、21 MPa，行走速度設(shè)定分別為2.5 km/h2、3 km/h2、3.5 km/h2。結(jié)合共振設(shè)備自身能力，根據(jù)所設(shè)定的3種速度和激振力數(shù)據(jù)，選擇接近水泥板本身固有頻率為最佳激振力。在確定共振破碎的自振頻率期間，需要對(duì)舊混凝土路面進(jìn)行承載板和下基礎(chǔ)承載板以及彎沉試驗(yàn)。

在試驗(yàn)過程中，相關(guān)人員對(duì)水泥砼板彎沉值進(jìn)行記錄和分析，發(fā)現(xiàn)其代表的彎沉值為32.7，而兩塊板之間的彎沉差值在30～70，證明這兩塊板之間咬合力不足;計(jì)算人員對(duì)混凝土板和其穩(wěn)定層承載板試驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算，其回模彈量為6 283 MPa和868 MPa，根據(jù)水泥混凝土的自身振動(dòng)方程計(jì)算，得到其固有頻率為59.51 Hz，在所示共振設(shè)備中，激振頻率為44.04 Hz，計(jì)算得到其是水泥混凝土板固有頻率的0.74倍。

（2）破碎效果。在所確定的激振頻率和設(shè)定3種激振力與行走速度情況下，對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行粒料篩選試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)，在路面表層以下10 cm的范圍內(nèi)發(fā)生板塊明顯破碎情況，而在此范圍以外的板塊也有振裂情況，但其互相的鑲嵌性保持良好，所以在此共振破碎施工工藝實(shí)施期間，其不僅保障了下部的破碎效果，也保證了路面穩(wěn)定層的承載力，沒有將其基層結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，證明該方法用于舊混凝土破碎效果良好。

同時(shí)，在3個(gè)試驗(yàn)坑試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)混凝土塊石的破碎程度與行走速度和激振力有著十分密切的關(guān)系，即激振力越大，機(jī)械行走速度越大，所破碎的塊石顆粒也相對(duì)越大，相反則越小。結(jié)合實(shí)際工程效果和破碎程度，選擇激振力為20 MPa，行走速度控制在3 km/h～3.5 km/h，同時(shí)激振頻率設(shè)置為混凝土板固有頻率的0.74倍，保障破碎效果的同時(shí)保證生產(chǎn)效率的全面提升。

（3）破碎后的攤鋪工作。砼路面共振破碎后，灑水，微振壓兩遍后，直接攤鋪瀝青層。熱混合瀝青料的級(jí)配碎石與碎石化面層的碎石級(jí)配接近，直接攤鋪碾壓會(huì)使結(jié)合面石料相互嵌擠，達(dá)到層間無光滑面接觸，這樣兩層之間達(dá)到合二為一的效果。攤鋪時(shí)，先攤鋪8 cmATB-25密級(jí)配瀝青穩(wěn)定碎石下面層，碾壓成型后，撒上一層乳化瀝青粘層油，攤鋪6 cmAC-20C改性瀝青混凝土中面層，最后再撒上一層乳化瀝青粘層油，攤鋪4 cmAC-13C改性瀝青混凝土上面層，碾壓成型冷卻后即可開放交通。

4 其他形式的共振破碎設(shè)備

柔式懸浮性共振破碎機(jī)能夠增強(qiáng)水泥路面的振碎效果，也是目前共振破碎技術(shù)上的一大進(jìn)步。該破碎機(jī)利用偏振塊帶動(dòng)工作錘頭，使工作錘頭在緩沖器下方工作。緩沖器一共有4個(gè)，分別在箱體的兩側(cè)位置，錘頭動(dòng)作振幅為15 mm，頻率為40 Hz左右，可以對(duì)錘頭的振動(dòng)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，保障其與水泥面進(jìn)行充分接觸，使其與水泥路面的固有頻率接近，達(dá)到共振破碎的目標(biāo)和效果。另外，在工作錘頭上安裝傳感器，能夠及時(shí)地將路面信息進(jìn)行反饋，另一端連接電腦，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)頻率的快速調(diào)節(jié)。并且還可以深度搜尋在破碎期間被擊中的物體方法和頻率，實(shí)現(xiàn)最佳的共振效果。同時(shí)還可以減少混凝土內(nèi)部各種顆粒摩擦的阻力，對(duì)這些碎塊擊碎程度和深度進(jìn)行同時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)路面破碎的目標(biāo)與效果。

柔性懸浮式共振破碎工藝存在一定的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，具體如下：

第一、技術(shù)的創(chuàng)新。在共振第二代工作錘頭的作用下，其可以在機(jī)械設(shè)備的一側(cè)進(jìn)行方位調(diào)節(jié)，不會(huì)存在任何盲區(qū)，全面彌補(bǔ)傳統(tǒng)重?fù)羰狡扑榉ǖ娜毕荨?/p>

第二、破碎的尺寸更加均勻。在該設(shè)備進(jìn)行共振破碎施工期間，其產(chǎn)生一個(gè)作用力，將該力作用在某個(gè)水泥板塊厚度范圍內(nèi)，能夠使其進(jìn)行均勻分類，同時(shí)可以將其振動(dòng)頻率結(jié)合實(shí)際工程情況進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整，在基于水泥板塊基本尺寸下確定最少適合需求的最佳碎石尺寸。

第三、紋路排列整齊。在與路面保持20°～50°的夾角基礎(chǔ)上，能夠保證其有著獨(dú)特的共振形式，促進(jìn)碎石之間互相擠壓和鑲嵌，進(jìn)而使整個(gè)礫石穩(wěn)定性加強(qiáng)，保障路面的破碎效果。

第四、減震裝置的創(chuàng)新。柔性懸浮式共振破碎機(jī)減震裝置由配重、減振框架、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及剪切式橡膠減振器組成。減振框架位于激振裝置的兩側(cè)，兩側(cè)都是通過橡膠減振器和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)將減振框架和激振裝置相連，利用橡膠減振器的剪切變形將激振裝置產(chǎn)生的能量傳遞給路面，并且還減小了對(duì)共振破碎機(jī)機(jī)體的振動(dòng)危害。在減震框架的上部位置設(shè)置了配重箱，可以根據(jù)重量大小的調(diào)節(jié)來適應(yīng)不同路面的破碎條件。

5 共振破碎基層質(zhì)量控制

共振碎石化基層碎石化層破碎后粒徑和彎沉要求。根據(jù)交通運(yùn)輸部發(fā)布的《公路水泥混凝土路面再生利用技術(shù)細(xì)則》（JTGTF31—2014），一般要求共振破碎路面碎石化施工的質(zhì)量控制以破碎粒徑為控制指標(biāo)。以路面沉降為校核，以路面彎沉值及回彈模量控制碎石化基層是否滿足承載力要求。破碎后舊路面會(huì)產(chǎn)生一定的沉降量，一般為2.5 cm～3.5 cm，路況較好的路段平均沉降較小，路況較差的路段平均沉降較大。因此，碎石化完成后水準(zhǔn)觀測(cè)，每車道20 m一個(gè)點(diǎn)，以60 m～150 m為區(qū)間計(jì)算平均沉降量以校核碎石化破碎的質(zhì)量，碾壓完成后，進(jìn)行彎沉和回彈模量檢測(cè)，當(dāng)回彈模量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，進(jìn)行路基處治。共振破碎碎石化后的粒徑檢測(cè)方法通過挖坑檢測(cè)，每300 m每車道（含硬路肩）松測(cè)一處。試坑尺寸120 cm×120 cm，然后將坑內(nèi)碎儉塊清除至露出底部下承層，直接用篩分和直尺檢測(cè)碎塊粒徑，計(jì)算破碎率，并觀察坑洞截面的裂縫均已貫穿和分布情況。

6 結(jié)語

在城市化進(jìn)程中，公路改造工程逐漸增多，共振破碎施工技術(shù)廣泛應(yīng)用于路面改造中。實(shí)際施工時(shí)候，需要嚴(yán)格控制共振破碎設(shè)備的行進(jìn)速度、激振力和激振頻率，結(jié)合施工原理，根據(jù)確定的施工參數(shù)，做好施工中的各個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)路面的有效改造。

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