水泥混凝土路面高頻低振幅共振破碎技術研究

李文凱　李雪萍

【摘 要】高頻率低振幅共振破碎技術在水泥混凝土路面大中修過程中的應用，能夠達到對水泥路面共振破碎，將傳統的剛性路面優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”路面養護技術應用中出現反射裂縫的問題。該技術的應用，減少了防裂處理等工序，節省了施工成本；此外，機械化施工速度快，在現有的水泥路面養護過程中有著重要的意義。

【關鍵詞】共振破碎；柔性路面；反射裂縫；機械化

中圖分類號： F426.63 文獻標識碼： A 文章編號： 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

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

1 碎石化技術發展現狀

國內外目前主要存在兩種路面破碎技術：一種是MHB多錘頭破碎技術和另外一種RPB破碎技術。MHB技術是由美國Wisconsin州公路Antigo設備有限公司研發，并在上個世紀中期應用于工程實踐中，其主要結構是由前后按照一定間距設置8個或6個錘頭組成。

2 共振破碎技術對周圍環境影響

共振破碎技術的原理是將水泥路面的自振頻率達到與破碎機的振動頻率相一致，從而達到共振的效果。

本文選取了福州市東二環路鰲峰大橋北橋頭K8+394～K8+448作為試驗路段（長約60m），同時為了便于分析數據走向，又添加北橋頭瀝青段，總計約100m。共振破碎機引進的是GZL-600型全浮動式共振機。在水泥路面破碎的過程中，為了進一步研究破碎過程中發出的加速度波對周邊環境及路面地基的影響程度，運用地震監設備進行實時監測。

在現場操作的過程中測點分別選取距離振源0.3m和5m兩處，在測點位置安裝地震監控設備探頭。在破碎時，監測儀會自動檢測出沿行車方向X、垂直行車方向Y、以及深度方向Z的振幅隨時間變化情況。通過測定振動速率及主頻值變化情況，從而評價振源對測試點的影響程度。

根據表1數據和圖3～圖5變化情況可知：在距離振源0.3m時，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到23cm。雖然沒有能直接測出振源處各方向有效振幅，但是測試點接近震源，振幅增長幅度不大，可以近似認為是振源處的振動情況。從結果上看，水平方向的高強度振動破壞，遠遠超過了建筑物安全規章的建筑安全值，可是在我國城市道路整體規劃建設中，兩旁的建筑物大都在道路兩旁5m以外。而在路面以下，對基層是否有較大傷害，會不會影響超過埋深80cm以下的地下管線，我們還將會進一步挖坑檢測。從現場碎石情況看，水平和路面下的振動強度，足以將水泥板振裂并破碎掉。

有表2和圖6～圖8可以看到：此時的振動，發生了很大的改變。水平方向的最大振幅不到0.2cm，地面下最大振幅不到0.3cm。我國城市建筑物的抗震等級往往超過6級，除非道路附件的建筑物本身存在安全隱患，否則施工過程中產生的振動不會對周邊的建筑物產生危害。與振源附近混凝土板破碎情況相比，遠距離共振破碎不能達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不會對施工現場附近的建筑物產生大的危害，在城市道路施工中應用比較安全。endprint

3 破碎效果研究分析

3.1 破碎的強度

雖然在共振破碎的過程中混凝土板達到了破碎的效果，但是破碎后碎石的粒徑應滿足相應的級配要求。這樣才能夠保證新建路面的強度以及整體穩定性滿足相關規范要求。本課題在開展過程中選取19MPa、20MPa和21MPa三種振動力和2.5km/h、3km/h、和3.5km/h三種行進速度。同時選取不同大小振動力和行進速度對混凝土板進行共振破碎，進行挖坑檢測破碎效果。在檢測中，我們得出共振破碎有以下兩大特點：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、下部振裂但沒松散，基層完整性較好，仍具有較好的承載能力。進而可以得出共振破碎施工技術不會對掩埋的地下管線造成危害。

3.2 破碎后顆粒的級配特點

在破碎的基礎上，選取相同振動頻率（頻率44Hz）下的三個破碎試驗帶，從各試驗帶處隨機挖取破碎的隨時，然后對碎石進行標準篩分試驗，將結果繪制于圖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時的情況：雖然此時的激振力比較大，但是由于速度過快，破碎效果不太理想，導致顆粒較粗。試驗坑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。為了進一步對比分析，在試驗坑2的基礎上，將激振力設置為20Mpa，行進速率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，在振動頻率確定的情況下，共振破碎的效果與振動力和行進速率關系密切。

結合破碎機的工作原理，對碎石篩分結果和挖坑情況進行研究分析。最終得出，激振力與前進速率對共振破碎效果的影響程度也有所差異，行進速率對破碎效果的影響更為明顯。綜合考慮，發現當激振力控制在20Mpa～21Mpa，行走速度設置在3.0km/h～3.5km/h時的施工狀況，既能滿足水泥混凝土路面的破碎效果同時還可以獲得較高的生產效率。

4 小結

在如今道路改造和維修的大趨勢下，水泥混凝土路面共振破碎技術不僅結合了當代實際需要，而且對施工現場周邊環境影響較小，同時也能夠有效預防反射裂縫隱患的發生，保證了改造后的工程質量。該技術的應用與推廣，對水泥路面的升級改造有非常深遠的意義。

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