高速公路旧水泥混凝土路面共振碎石化技术的应用分析

　　摘要 文章以共振碎石化技术应用作为研究重点，结合案例高速公路旧水泥混凝土路面改造工程，提出了共振碎石化技术的应用方法。研究表明，当前传统的水泥混凝土路面改造技术已经难以满足实际的工程改造要求，应用共振碎石化技術能够有效解决道路改造时诸多问题，为公路事业长期稳健发展具有促进作用。

　　关键词 高速公路;水泥混凝土;路面施工;共振碎石化

　　0 前言

　　共振破碎石化技技术原理是将板块破碎，作为基层改建，通过降低加铺路面的承载结构水平，以及碎块与碎块之间的嵌锁力学特征，可有效规避反射裂缝的变形影响，使得改建后的基层趋于柔性状态，相比于普通品质合格密集配碎石，前者将抗变形的性能水平提升至原先的1.5～3倍，在众多的公路改建工程中被大力推广。

　　1 共振碎石化技术的基本原理

　　共振碎石化技术强调振动击打的频率，所借助的振动锤头与水泥混凝土撞击之后，除了需要掌握旧路面板的固有频率，还需要妥善应用好锤头的振动频率，要求在实际工程应用时，要充分了解共振碎石化技术的基本原理。

　　1.1 相关机械的性能参数

　　共振碎石化所使用的机械设备，在性能参数方面是否合格关系到碎石化是否能够达到预期的效果。性能的优越性与共振碎石机的基本构造息息相关。下面案例工程所使用的共振碎石机为GZL型，该型号的共振碎石机主要包括驾驶系统、动力系统、车辆系统、配重系统、液压系统、振动系统和散热系统等，主要应用工程为公路水泥混凝土路面改造工程和机场道面水泥混凝土路面改造工程，主要的性能参数如表1所示：

　　1.2 基本原理

　　水泥混凝土路面板所受到的持续机械能，是共振破碎机通过振动锤头的不断冲击，从撞击的局部区域往周围传递，除了极少的部分应力波输送至路面板内部，其余的应力波以来回反射的形式，使得能量滞留于路面板内部，材料所保持的平衡被打破，当路面板内部超出极限状态的应力承受范围，弹性系统就会逐渐趋于崩溃边缘，最终产生纵横交错的裂缝，形成大小不一的碎块，如图1。

　　在应用共振碎石化技术时，对于直接作用于地面的振动锤头，在规定的撞击时间内，要把握好振动的频率，在产生表面裂纹之后，才能够将能量有效传输至面板之内，并通过裂纹往材料边界扩展，同时确保不会损坏基层结构的稳定[1]。根据施工经验总结，共振的碎石裂纹，与路面呈35～40°角，如图1所示，这种裂纹既能够保证碎块之间互相嵌锁，还可以有效避免冲击基层。由此可见，对高频低幅的斜向受力控制，是保证共振碎石化承载能力的关键。

　　2 案例工程的共振碎石化技术应用

　　根据以上共振碎石化技术的基本原理，在案例工程中利用GZL型的共振碎石机并应用共振碎石化技术如下：

　　2.1 工程概况

　　该工程属于三级高速公路，修建于2001年，设计速度为60～80 km/h，路面和路基的宽度分别为10 m、12 m，设计了双向四车道，路面面层为C30水泥混凝土，厚度20 cm，结构层25 cm，其下的水泥稳定砂砾厚度30 cm，路面板尺寸为3.5 m×2.5 m，目前已经累计投入使用了21年，待施工路线总长度为6.97 km。

　　考虑到路面改造工程与施工路段的交通量情况息息相关，因此在施工之前，对近7年的历史交通量进行调查统计，具体如图2所示。

　　根据以上调查结果，公路施工区域范围内，近年来交通量都在逐步增大，尤其是大型车和特大型车，说明当地经济发展正在增长，对高速公路的交通提出了更高的交通要求，亟须将已经出现病害的路段进行改造。在施工时，根据该路段交通量情况，无法将施工路段进行全面封闭，只能采取局部封闭和交通引导的方式，为施工提供便利条件。

　　2.2 共振碎石化施工技术的实际应用

　　2.2.1 确定路面板固有频率

　　在施工之前，对施工水泥混凝土路面板的固有频率的计算确定，需要依次获取路面板的厚度、路面板的弹性模量、地基反应模量和其他参数，其中路面板的厚度和弹性模量获取采用钻芯取样和抗压强度试验的方法，高度测量选取的芯样。钻芯取样的施工标准，主要参照《公路水泥混凝土路面设计规范》，根据芯样的弯拉强度和抗压强度，计算出旧水泥混凝土路面的弯拉弹性模量。至于地基反应模量，该模量无法直接获取，需要根据待施工区域的路基及路基之间的参数，换算出地基顶面的当量回弹模量[2]。由于施工现场的条件限制，需要将破碎的路面板移除，然后借助贝克曼测量弯沉，或者借助刚性承载板测量得出。最后是其他参数的确定，在实测出路面板弹性模量和地基的反应模量之后，用钢尺测量出路面板的长度和宽度，再根据路面结构的变化，确定相对稳定的密度和泊松比，分别为2 400 kg/m?和0.15。

　　通过测试和测量，选取四个代表性的位置，计算出旧路面板的固有频率见表2。

　　2.2.2 共振碎石化施工

　　共振碎石化施工之前，做好一系列的准备工作，除了通过试振和开挖试坑检验，以此得出以上的相关参数，还要布设好公路周边的排水系统。排水系统的铺设，选择排水管和集水管，均采用UPVC材质，且直径均为10 cm，其中排水管采用横向布置模式，集水管采用纵向布置模式，最下层是原砾石砂层，布设了防渗土工具，其内的滤布透水管裹有Φ80钢圈，再将级配碎石覆盖其上，属于原三渣层[3]。主体多孔塑料排水管在碎石化层和原三渣层之间，铺设大量碎石作为垫层，再往其上浇筑C15水泥混凝土。

　　做好一系列的准备工作后，使用GZL型-600共振碎石机进行共振碎石施工，共振碎石机使用时，通过对振动锤头激励频率、前进速度和锤击横向净距的控制，根据上面所采取的施工参数，组合完成破碎作业。为保证施工的可操作性，将施工路段按照桩号区分，布设好施工参数，如表3。

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文章名称： 高速公路旧水泥混凝土路面共振碎石化技术的应用分析

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