淺析白改黑路面施工中共振破碎技術的應用

李騰飛

摘 要：路面改造是公路施工中的重要內容，在白改黑工程中，常常使用共振破碎技術?；诖?，本文分析了這項施工技術的要點，希望能夠在控制要點的基礎上，切實提升公路工程的最終質量。

關鍵詞：白改黑路面;共振破碎施工;工藝分析

中圖分類號：U416.2 文獻標識碼：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用程度。對于城市道路而言，白天的車流量相對較大，路面經常會在長期輪胎摩擦中造成損傷，在實施白改黑路面改造期間，只能在夜間施工，有效施工時間較短，并且在施工過程中也不能將交通中斷，導致施工質量難以得到有效控制，在這種不良條件下實施粘貼防裂措施，不僅不能解決瀝青層面反射裂縫問題，對于路面的耐久度也有一定的影響。因此，共振破碎施工技術在實際工程中被廣泛應用。在該技術應用期間，需要對其各項施工參數和技術原理加強分析，才能保障該技術在工程施工中得到有效應用。

1 工程概況

某國道公路進行路面改造，公路由原有水泥混凝土改為瀝青路面。設計為二級公路，速度為60 km/h。寬度為12 m～22 m。該公路改造區域在城市化交通密集區域，如果采取傳統施工方式，不僅會增加施工時間，還會造成一定的污染，影響周圍居民的生活和工作。因此，在本段路面改造區域中引入共振破碎技術，在施工前期給周圍各個廠商、居委會和社區發布施工通告單，保障工程順利開展，該“白改黑”路面改造項目工期為80 d。

2 共振破碎工藝技術原理

（1）技術原理。一般情況下看來，舊水泥混凝土路面破碎施工技術包括多種技術，比如門板式打裂破碎、多錘頭破碎技術（MHB）和“羊角碾”震裂技術等，這些技術雖然能夠達到震碎舊水泥混凝土的目的，但由于震動比較大，對周圍的環境也會產生較大的影響。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，對于消除加鋪層反射裂縫具有很好的效果。該技術的原理為通過碎石化機械設備的凸輪轉動所產生的偏心力，在錘頭與路面的接觸部位可產生較大的能量，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?，之后進行壓實，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，不同的構件與結構固有頻率不同，而共振碎石化技術的相關設備通過其自身的激振頻率的適當調整，去無限接近固有頻率，最終產生共振響應，從而使得結構振幅最大，并產生最佳激振力，通過承載板試驗檢測舊水泥混凝土板，能夠得到當量回彈模量、水泥穩定層的當量回彈模量。之后便可經過計算得到每一塊舊水泥混凝土板固定頻率、水泥穩定層固有頻率。確定二者的頻率之后，合理確定共振破碎設備的行走速度和壓力，無限接近舊水泥混凝土板固有頻率，便可實現對舊水泥混凝土板的共振破碎。

（2）工藝特點。與使用重錘把水泥板塊“打斷”沖擊不同，共振破碎產生的能量比較大，且與舊水泥混凝土接觸的時間比較短，因此是把水泥板塊表面的“裂紋”瞬間均勻“擴展”到板塊的底部，但是不致于破壞基層結構。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構，因此可大幅提高破碎之后結構的承載能力。高頻振動力作用于水泥板塊內部，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。共振破碎設備產生的振動力，僅僅把作用擴展到板塊邊緣，因此對周圍結構的破壞很小，甚至不破壞周圍的結構設施。

3 實際應用情況

（1）施工工藝參數。在共振破碎工藝施工期間，主要參數包含共振破碎錘頭激振頻率、激振力和設備行駛速度。在激振頻率確定情況下，共振設備的行進速率和錘頭激振力對于共振破碎的效果十分重大。結合本工程實際情況，為了確定最佳的施工參數，將其路面分離出試驗路段，對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，行走速度設定分別為2.5 km/h2、3 km/h2、3.5 km/h2。結合共振設備自身能力，根據所設定的3種速度和激振力數據，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，需要對舊混凝土路面進行承載板和下基礎承載板以及彎沉試驗。

在試驗過程中，相關人員對水泥砼板彎沉值進行記錄和分析，發現其代表的彎沉值為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;計算人員對混凝土板和其穩定層承載板試驗進行計算，其回模彈量為6 283 MPa和868 MPa，根據水泥混凝土的自身振動方程計算，得到其固有頻率為59.51 Hz，在所示共振設備中，激振頻率為44.04 Hz，計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定3種激振力與行走速度情況下，對試驗路段進行粒料篩選試驗。發現，在路面表層以下10 cm的范圍內發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施期間，其不僅保障了下部的破碎效果，也保證了路面穩定層的承載力，沒有將其基層結構進行破壞，證明該方法用于舊混凝土破碎效果良好。

同時，在3個試驗坑試驗后，發現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系，即激振力越大，機械行走速度越大，所破碎的塊石顆粒也相對越大，相反則越小。結合實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，同時激振頻率設置為混凝土板固有頻率的0.74倍，保障破碎效果的同時保證生產效率的全面提升。

（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。熱混合瀝青料的級配碎石與碎石化面層的碎石級配接近，直接攤鋪碾壓會使結合面石料相互嵌擠，達到層間無光滑面接觸，這樣兩層之間達到合二為一的效果。攤鋪時，先攤鋪8 cmATB-25密級配瀝青穩定碎石下面層，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備

柔式懸浮性共振破碎機能夠增強水泥路面的振碎效果，也是目前共振破碎技術上的一大進步。該破碎機利用偏振塊帶動工作錘頭，使工作錘頭在緩沖器下方工作。緩沖器一共有4個，分別在箱體的兩側位置，錘頭動作振幅為15 mm，頻率為40 Hz左右，可以對錘頭的振動頻率進行調節，保障其與水泥面進行充分接觸，使其與水泥路面的固有頻率接近，達到共振破碎的目標和效果。另外，在工作錘頭上安裝傳感器，能夠及時地將路面信息進行反饋，另一端連接電腦，實現自動頻率的快速調節。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，實現最佳的共振效果。同時還可以減少混凝土內部各種顆粒摩擦的阻力，對這些碎塊擊碎程度和深度進行同時控制，實現路面破碎的目標與效果。

柔性懸浮式共振破碎工藝存在一定的優勢和特點，具體如下：

第一、技術的創新。在共振第二代工作錘頭的作用下，其可以在機械設備的一側進行方位調節，不會存在任何盲區，全面彌補傳統重擊式破碎法的缺陷。

第二、破碎的尺寸更加均勻。在該設備進行共振破碎施工期間，其產生一個作用力，將該力作用在某個水泥板塊厚度范圍內，能夠使其進行均勻分類，同時可以將其振動頻率結合實際工程情況進行隨時調整，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°的夾角基礎上，能夠保證其有著獨特的共振形式，促進碎石之間互相擠壓和鑲嵌，進而使整個礫石穩定性加強，保障路面的破碎效果。

第四、減震裝置的創新。柔性懸浮式共振破碎機減震裝置由配重、減振框架、角度調節機構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，兩側都是通過橡膠減振器和角度調節機構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生的能量傳遞給路面，并且還減小了對共振破碎機機體的振動危害。在減震框架的上部位置設置了配重箱，可以根據重量大小的調節來適應不同路面的破碎條件。

5 共振破碎基層質量控制

共振碎石化基層碎石化層破碎后粒徑和彎沉要求。根據交通運輸部發布的《公路水泥混凝土路面再生利用技術細則》（JTGTF31—2014），一般要求共振破碎路面碎石化施工的質量控制以破碎粒徑為控制指標。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。破碎后舊路面會產生一定的沉降量，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，碎石化完成后水準觀測，每車道20 m一個點，以60 m～150 m為區間計算平均沉降量以校核碎石化破碎的質量，碾壓完成后，進行彎沉和回彈模量檢測，當回彈模量達不到設計要求時，進行路基處治。共振破碎碎石化后的粒徑檢測方法通過挖坑檢測，每300 m每車道（含硬路肩）松測一處。試坑尺寸120 cm×120 cm，然后將坑內碎儉塊清除至露出底部下承層，直接用篩分和直尺檢測碎塊粒徑，計算破碎率，并觀察坑洞截面的裂縫均已貫穿和分布情況。

6 結語

在城市化進程中，公路改造工程逐漸增多，共振破碎施工技術廣泛應用于路面改造中。實際施工時候，需要嚴格控制共振破碎設備的行進速度、激振力和激振頻率，結合施工原理，根據確定的施工參數，做好施工中的各個步驟，實現路面的有效改造。

參考文獻：

[1]劉長妍.公路路面白改黑施工常見問題分析與處理[J].中國新技術新產品，2018（14）：98-99.

[2]李馳，郭偉毅，王志國.淺談道路“白改黑”改造技術[J].科技經濟導刊，2018（4）：73+72.

[3]李蓉，黃春亮.水泥混凝土路面“白改黑”設計研究分析[J].黑龍江交通科技，2018（1）：25-27.

[4]王麗彩.市政道路“白改黑”過程中的雨水口改造方案探討[J].四川水泥，2017（10）：46.

[5]陳陽亭.水泥混凝土路面白改黑施工技術研究[J].江西建材，2017（18）：157-158.

[6]田秀艷.“白改黑”路面改造中的技術要點研究[J].科學技術創新，2017（26）：160-161.