摘要 文章以共振碎石化技術(shù)應(yīng)用作為研究重點(diǎn)，結(jié)合案例高速公路舊水泥混凝土路面改造工程，提出了共振碎石化技術(shù)的應(yīng)用方法。研究表明，當(dāng)前傳統(tǒng)的水泥混凝土路面改造技術(shù)已經(jīng)難以滿足實(shí)際的工程改造要求，應(yīng)用共振碎石化技術(shù)能夠有效解決道路改造時(shí)諸多問題，為公路事業(yè)長(zhǎng)期穩(wěn)健發(fā)展具有促進(jìn)作用。

　　關(guān)鍵詞 高速公路;水泥混凝土;路面施工;共振碎石化

　　0 前言

　　共振破碎石化技技術(shù)原理是將板塊破碎，作為基層改建，通過降低加鋪路面的承載結(jié)構(gòu)水平，以及碎塊與碎塊之間的嵌鎖力學(xué)特征，可有效規(guī)避反射裂縫的變形影響，使得改建后的基層趨于柔性狀態(tài)，相比于普通品質(zhì)合格密集配碎石，前者將抗變形的性能水平提升至原先的1.5～3倍，在眾多的公路改建工程中被大力推廣。

　　1 共振碎石化技術(shù)的基本原理

　　共振碎石化技術(shù)強(qiáng)調(diào)振動(dòng)擊打的頻率，所借助的振動(dòng)錘頭與水泥混凝土撞擊之后，除了需要掌握舊路面板的固有頻率，還需要妥善應(yīng)用好錘頭的振動(dòng)頻率，要求在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，要充分了解共振碎石化技術(shù)的基本原理。

　　1.1 相關(guān)機(jī)械的性能參數(shù)

　　共振碎石化所使用的機(jī)械設(shè)備，在性能參數(shù)方面是否合格關(guān)系到碎石化是否能夠達(dá)到預(yù)期的效果。性能的優(yōu)越性與共振碎石機(jī)的基本構(gòu)造息息相關(guān)。下面案例工程所使用的共振碎石機(jī)為GZL型，該型號(hào)的共振碎石機(jī)主要包括駕駛系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、配重系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)和散熱系統(tǒng)等，主要應(yīng)用工程為公路水泥混凝土路面改造工程和機(jī)場(chǎng)道面水泥混凝土路面改造工程，主要的性能參數(shù)如表1所示：

　　1.2 基本原理

　　水泥混凝土路面板所受到的持續(xù)機(jī)械能，是共振破碎機(jī)通過振動(dòng)錘頭的不斷沖擊，從撞擊的局部區(qū)域往周圍傳遞，除了極少的部分應(yīng)力波輸送至路面板內(nèi)部，其余的應(yīng)力波以來回反射的形式，使得能量滯留于路面板內(nèi)部，材料所保持的平衡被打破，當(dāng)路面板內(nèi)部超出極限狀態(tài)的應(yīng)力承受范圍，彈性系統(tǒng)就會(huì)逐漸趨于崩潰邊緣，最終產(chǎn)生縱橫交錯(cuò)的裂縫，形成大小不一的碎塊，如圖1。

　　在應(yīng)用共振碎石化技術(shù)時(shí)，對(duì)于直接作用于地面的振動(dòng)錘頭，在規(guī)定的撞擊時(shí)間內(nèi)，要把握好振動(dòng)的頻率，在產(chǎn)生表面裂紋之后，才能夠?qū)⒛芰坑行鬏斨撩姘逯畠?nèi)，并通過裂紋往材料邊界擴(kuò)展，同時(shí)確保不會(huì)損壞基層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[1]。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，共振的碎石裂紋，與路面呈35～40°角，如圖1所示，這種裂紋既能夠保證碎塊之間互相嵌鎖，還可以有效避免沖擊基層。由此可見，對(duì)高頻低幅的斜向受力控制，是保證共振碎石化承載能力的關(guān)鍵。

　　2 案例工程的共振碎石化技術(shù)應(yīng)用

　　根據(jù)以上共振碎石化技術(shù)的基本原理，在案例工程中利用GZL型的共振碎石機(jī)并應(yīng)用共振碎石化技術(shù)如下：

　　2.1 工程概況

　　該工程屬于三級(jí)高速公路，修建于2001年，設(shè)計(jì)速度為60～80 km/h，路面和路基的寬度分別為10 m、12 m，設(shè)計(jì)了雙向四車道，路面面層為C30水泥混凝土，厚度20 cm，結(jié)構(gòu)層25 cm，其下的水泥穩(wěn)定砂礫厚度30 cm，路面板尺寸為3.5 m×2.5 m，目前已經(jīng)累計(jì)投入使用了21年，待施工路線總長(zhǎng)度為6.97 km。

　　考慮到路面改造工程與施工路段的交通量情況息息相關(guān)，因此在施工之前，對(duì)近7年的歷史交通量進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計(jì)，具體如圖2所示。

　　根據(jù)以上調(diào)查結(jié)果，公路施工區(qū)域范圍內(nèi)，近年來交通量都在逐步增大，尤其是大型車和特大型車，說明當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展正在增長(zhǎng)，對(duì)高速公路的交通提出了更高的交通要求，亟須將已經(jīng)出現(xiàn)病害的路段進(jìn)行改造。在施工時(shí)，根據(jù)該路段交通量情況，無法將施工路段進(jìn)行全面封閉，只能采取局部封閉和交通引導(dǎo)的方式，為施工提供便利條件。

　　2.2 共振碎石化施工技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

　　2.2.1 確定路面板固有頻率

　　在施工之前，對(duì)施工水泥混凝土路面板的固有頻率的計(jì)算確定，需要依次獲取路面板的厚度、路面板的彈性模量、地基反應(yīng)模量和其他參數(shù)，其中路面板的厚度和彈性模量獲取采用鉆芯取樣和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的方法，高度測(cè)量選取的芯樣。鉆芯取樣的施工標(biāo)準(zhǔn)，主要參照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，根據(jù)芯樣的彎拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，計(jì)算出舊水泥混凝土路面的彎拉彈性模量。至于地基反應(yīng)模量，該模量無法直接獲取，需要根據(jù)待施工區(qū)域的路基及路基之間的參數(shù)，換算出地基頂面的當(dāng)量回彈模量[2]。由于施工現(xiàn)場(chǎng)的條件限制，需要將破碎的路面板移除，然后借助貝克曼測(cè)量彎沉，或者借助剛性承載板測(cè)量得出。最后是其他參數(shù)的確定，在實(shí)測(cè)出路面板彈性模量和地基的反應(yīng)模量之后，用鋼尺測(cè)量出路面板的長(zhǎng)度和寬度，再根據(jù)路面結(jié)構(gòu)的變化，確定相對(duì)穩(wěn)定的密度和泊松比，分別為2 400 kg/m?和0.15。

　　通過測(cè)試和測(cè)量，選取四個(gè)代表性的位置，計(jì)算出舊路面板的固有頻率見表2。

　　2.2.2 共振碎石化施工

　　共振碎石化施工之前，做好一系列的準(zhǔn)備工作，除了通過試振和開挖試坑檢驗(yàn)，以此得出以上的相關(guān)參數(shù)，還要布設(shè)好公路周邊的排水系統(tǒng)。排水系統(tǒng)的鋪設(shè)，選擇排水管和集水管，均采用UPVC材質(zhì)，且直徑均為10 cm，其中排水管采用橫向布置模式，集水管采用縱向布置模式，最下層是原礫石砂層，布設(shè)了防滲土工具，其內(nèi)的濾布透水管裹有Φ80鋼圈，再將級(jí)配碎石覆蓋其上，屬于原三渣層[3]。主體多孔塑料排水管在碎石化層和原三渣層之間，鋪設(shè)大量碎石作為墊層，再往其上澆筑C15水泥混凝土。

　　做好一系列的準(zhǔn)備工作后，使用GZL型-600共振碎石機(jī)進(jìn)行共振碎石施工，共振碎石機(jī)使用時(shí)，通過對(duì)振動(dòng)錘頭激勵(lì)頻率、前進(jìn)速度和錘擊橫向凈距的控制，根據(jù)上面所采取的施工參數(shù)，組合完成破碎作業(yè)。為保證施工的可操作性，將施工路段按照樁號(hào)區(qū)分，布設(shè)好施工參數(shù)，如表3。

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