浅析白改黑路面施工中共振破碎技术的应用

李腾飞

摘 要：路面改造是公路施工中的重要内容，在白改黑工程中，常常使用共振破碎技术。基于此，本文分析了这项施工技术的要点，希望能够在控制要点的基础上，切实提升公路工程的最终质量。

关键词：白改黑路面;共振破碎施工;工艺分析

中图分类号：U416.2 文献标识码：A

0 引言

白改黑路面改造就是在旧混凝土路面加铺一层沥青混凝土，以此保障路面的耐久度与实用程度。对于城市道路而言，白天的车流量相对较大，路面经常会在长期轮胎摩擦中造成损伤，在实施白改黑路面改造期间，只能在夜间施工，有效施工时间较短，并且在施工过程中也不能将交通中断，导致施工质量难以得到有效控制，在这种不良条件下实施粘贴防裂措施，不仅不能解决沥青层面反射裂缝问题，对于路面的耐久度也有一定的影响。因此，共振破碎施工技术在实际工程中被广泛应用。在该技术应用期间，需要对其各项施工参数和技術原理加强分析，才能保障该技术在工程施工中得到有效应用。

1 工程概况

某国道公路进行路面改造，公路由原有水泥混凝土改为沥青路面。设计为二级公路，速度为60 km/h。宽度为12 m～22 m。该公路改造区域在城市化交通密集区域，如果采取传统施工方式，不仅会增加施工时间，还会造成一定的污染，影响周围居民的生活和工作。因此，在本段路面改造区域中引入共振破碎技术，在施工前期给周围各个厂商、居委会和社区发布施工通告单，保障工程顺利开展，该“白改黑”路面改造项目工期为80 d。

2 共振破碎工艺技术原理

（1）技术原理。一般情况下看来，旧水泥混凝土路面破碎施工技术包括多种技术，比如门板式打裂破碎、多锤头破碎技术（MHB）和“羊角碾”震裂技术等，这些技术虽然能够达到震碎旧水泥混凝土的目的，但由于震动比较大，对周围的环境也会产生较大的影响。因此，在“白改黑”路面改造中，不适宜采用。

共振碎石化施工工艺，在水泥混凝土路面破碎施工中是一种常用的工艺，对于消除加铺层反射裂缝具有很好的效果。该技术的原理为通过碎石化机械设备的凸轮转动所产生的偏心力，在锤头与路面的接触部位可产生较大的能量，这巨大的能量可把水泥混凝土块板冲击成大小不均匀的颗粒或者片段，之后进行压实，可提高路面的承载能力，降低甚至消除加铺层反射裂痕。

一般情况下，不同的构件与结构固有频率不同，而共振碎石化技术的相关设备通过其自身的激振频率的适当调整，去无限接近固有频率，最终产生共振响应，从而使得结构振幅最大，并产生最佳激振力，通过承载板试验检测旧水泥混凝土板，能够得到当量回弹模量、水泥稳定层的当量回弹模量。之后便可经过计算得到每一块旧水泥混凝土板固定频率、水泥稳定层固有频率。确定二者的频率之后，合理确定共振破碎设备的行走速度和压力，无限接近旧水泥混凝土板固有频率，便可实现对旧水泥混凝土板的共振破碎。

（2）工艺特点。与使用重锤把水泥板块“打断”冲击不同，共振破碎产生的能量比较大，且与旧水泥混凝土接触的时间比较短，因此是把水泥板块表面的“裂纹”瞬间均匀“扩展”到板块的底部，但是不致于破坏基层结构。旧水泥板块的裂缝为斜向裂缝，与路面的夹角在35°～40°之间。由于属于特殊的嵌紧结构，因此可大幅提高破碎之后结构的承载能力。高频振动力作用于水泥板块内部，可使整体破碎均匀，可掌握破碎块的大小和方向，从而使得水泥与钢筋完全剥离开。共振破碎设备产生的振动力，仅仅把作用扩展到板块边缘，因此对周围结构的破坏很小，甚至不破坏周围的结构设施。

3 实际应用情况

（1）施工工艺参数。在共振破碎工艺施工期间，主要参数包含共振破碎锤头激振频率、激振力和设备行驶速度。在激振频率确定情况下，共振设备的行进速率和锤头激振力对于共振破碎的效果十分重大。结合本工程实际情况，为了确定最佳的施工参数，将其路面分离出试验路段，对周围房屋和地下管线的全面考虑，确定激振力分别为19 MPa、20 MPa、21 MPa，行走速度设定分别为2.5 km/h2、3 km/h2、3.5 km/h2。结合共振设备自身能力，根据所设定的3种速度和激振力数据，选择接近水泥板本身固有频率为最佳激振力。在确定共振破碎的自振频率期间，需要对旧混凝土路面进行承载板和下基础承载板以及弯沉试验。

在试验过程中，相关人员对水泥砼板弯沉值进行记录和分析，发现其代表的弯沉值为32.7，而两块板之间的弯沉差值在30～70，证明这两块板之间咬合力不足;计算人员对混凝土板和其稳定层承载板试验进行计算，其回模弹量为6 283 MPa和868 MPa，根据水泥混凝土的自身振动方程计算，得到其固有频率为59.51 Hz，在所示共振设备中，激振频率为44.04 Hz，计算得到其是水泥混凝土板固有频率的0.74倍。

（2）破碎效果。在所确定的激振频率和设定3种激振力与行走速度情况下，对试验路段进行粒料筛选试验。发现，在路面表层以下10 cm的范围内发生板块明显破碎情况，而在此范围以外的板块也有振裂情况，但其互相的镶嵌性保持良好，所以在此共振破碎施工工艺实施期间，其不仅保障了下部的破碎效果，也保证了路面稳定层的承载力，没有将其基层结构进行破坏，证明该方法用于旧混凝土破碎效果良好。

同时，在3个试验坑试验后，发现混凝土块石的破碎程度与行走速度和激振力有着十分密切的关系，即激振力越大，机械行走速度越大，所破碎的块石颗粒也相对越大，相反则越小。结合实际工程效果和破碎程度，选择激振力为20 MPa，行走速度控制在3 km/h～3.5 km/h，同时激振频率设置为混凝土板固有频率的0.74倍，保障破碎效果的同时保证生产效率的全面提升。

（3）破碎后的摊铺工作。砼路面共振破碎后，洒水，微振压两遍后，直接摊铺沥青层。热混合沥青料的级配碎石与碎石化面层的碎石级配接近，直接摊铺碾压会使结合面石料相互嵌挤，达到层间无光滑面接触，这样两层之间达到合二为一的效果。摊铺时，先摊铺8 cmATB-25密级配沥青稳定碎石下面层，碾压成型后，撒上一层乳化沥青粘层油，摊铺6 cmAC-20C改性沥青混凝土中面层，最后再撒上一层乳化沥青粘层油，摊铺4 cmAC-13C改性沥青混凝土上面层，碾压成型冷却后即可开放交通。

4 其他形式的共振破碎设备

柔式悬浮性共振破碎机能够增强水泥路面的振碎效果，也是目前共振破碎技术上的一大进步。该破碎机利用偏振块带动工作锤头，使工作锤头在缓冲器下方工作。缓冲器一共有4个，分别在箱体的两侧位置，锤头动作振幅为15 mm，频率为40 Hz左右，可以对锤头的振动频率进行调节，保障其与水泥面进行充分接触，使其与水泥路面的固有频率接近，达到共振破碎的目标和效果。另外，在工作锤头上安装传感器，能够及时地将路面信息进行反馈，另一端连接电脑，实现自动频率的快速调节。并且还可以深度搜寻在破碎期间被击中的物体方法和频率，实现最佳的共振效果。同時还可以减少混凝土内部各种颗粒摩擦的阻力，对这些碎块击碎程度和深度进行同时控制，实现路面破碎的目标与效果。

柔性悬浮式共振破碎工艺存在一定的优势和特点，具体如下：

第一、技术的创新。在共振第二代工作锤头的作用下，其可以在机械设备的一侧进行方位调节，不会存在任何盲区，全面弥补传统重击式破碎法的缺陷。

第二、破碎的尺寸更加均匀。在该设备进行共振破碎施工期间，其产生一个作用力，将该力作用在某个水泥板块厚度范围内，能够使其进行均匀分类，同时可以将其振动频率结合实际工程情况进行随时调整，在基于水泥板块基本尺寸下确定最少适合需求的最佳碎石尺寸。

第三、纹路排列整齐。在与路面保持20°～50°的夹角基础上，能够保证其有着独特的共振形式，促进碎石之间互相挤压和镶嵌，进而使整个砾石稳定性加强，保障路面的破碎效果。

第四、减震装置的创新。柔性悬浮式共振破碎机减震装置由配重、减振框架、角度调节机构以及剪切式橡胶减振器组成。减振框架位于激振装置的两侧，两侧都是通过橡胶减振器和角度调节机构将减振框架和激振装置相连，利用橡胶减振器的剪切变形将激振装置产生的能量传递给路面，并且还减小了对共振破碎机机体的振动危害。在减震框架的上部位置设置了配重箱，可以根据重量大小的调节来适应不同路面的破碎条件。

5 共振破碎基层质量控制

共振碎石化基层碎石化层破碎后粒径和弯沉要求。根据交通运输部发布的《公路水泥混凝土路面再生利用技术细则》（JTGTF31—2014），一般要求共振破碎路面碎石化施工的质量控制以破碎粒径为控制指标。以路面沉降为校核，以路面弯沉值及回弹模量控制碎石化基层是否满足承载力要求。破碎后旧路面会产生一定的沉降量，一般为2.5 cm～3.5 cm，路况较好的路段平均沉降较小，路况较差的路段平均沉降较大。因此，碎石化完成后水准观测，每车道20 m一个点，以60 m～150 m为区间计算平均沉降量以校核碎石化破碎的质量，碾压完成后，进行弯沉和回弹模量检测，当回弹模量达不到设计要求时，进行路基处治。共振破碎碎石化后的粒径检测方法通过挖坑检测，每300 m每车道（含硬路肩）松测一处。试坑尺寸120 cm×120 cm，然后将坑内碎俭块清除至露出底部下承层，直接用筛分和直尺检测碎块粒径，计算破碎率，并观察坑洞截面的裂缝均已贯穿和分布情况。

6 结语

在城市化进程中，公路改造工程逐渐增多，共振破碎施工技术广泛应用于路面改造中。实际施工时候，需要严格控制共振破碎设备的行进速度、激振力和激振频率，结合施工原理，根据确定的施工参数，做好施工中的各个步骤，实现路面的有效改造。

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