多锤头共振技术在45省道婺城段路面大中修工程中的应用_交通论文

分类：交通运输论文发表 时间：2011-08-11 08:54 关注：(1)

多锤头共振技术在45省道婺城段路面大中修工程中的应用

陈军

摘要：旧水泥混凝土路面加铺改造沥青混凝土路面是旧水泥路修复改造的一种重要方法,水泥混凝土路面破碎压实技术是修复严重损坏水泥路面的一项新技术,具有工程造价较低,施工方便,对交通影响小的优点,同时能有效地防止反射裂缝的发生,为新建路面提供良好的行车性能。本文以45省道婺城段路面大中修工程为实例，对多锤头共振技术的应用进行了探讨。

关键词：多锤头 共振技术 旧水泥混凝土路面 裂缝 探讨

一、工程概况：

45省道婺城段路面大修工程（k0+075－k0+630）由婺城区公路管理段负责建设，金华市交通规划设计院有限公司设计，金华市通达交通工程监理有限公司监理，金华市鑫畅公路养护工程有限公司负责施工。该项目于2009年8月1日开工，10月31日完工，经自检为优良。

二、工程内容

该项目属于老路大修，基本原则为在现有条件下改善路面状况，由于实施地点处于城乡结合部位，不仅有公路标准也有城市道路内容，因此具体施工路段分为三部分，分别如下：

①K0+075～131段，计0.056公里，实施标准为：路基宽29米，行车道宽15米，绿化带宽2×2.0米，非机动车道宽2×5.0米；路面结构：挖除15米宽老水泥砼破板并局部处理后，加铺15cm3.5%水泥稳定碎石底基层+20cm5%水泥稳定碎石基层+7cm（AC-25C）沥青混凝土+5cm（AC-16C）沥青混凝土，原有非机动车道铣刨4cm老沥青面层后，加铺4cm（AC-13C）沥青混凝土；对原有绿化带重新整修和种植。

②K0+131～265段，计0.134公里，实施标准为：路基宽17～18米，行车道宽10～11米，绿化带宽2×1.5米，路肩宽2×2.0米；路面结构：挖除9米宽老水泥砼破板并局部处理后，加铺15cm3.5%水泥稳定碎石底基层+20cm5%水泥稳定碎石基层+7cm（AC-25C）沥青混凝土+5cm（AC-16C）沥青混凝土；两侧设置绿化带；原土路肩部分挖除路基后加铺15cm5%水泥稳定碎石基层+4cm（（AC-13C）沥青混凝土。

③K0+265～K0+630路段，计0.365公里，实施标准：路基宽15.2米，行车道宽12米，路肩宽2×1.6米；路面结构：原路面水泥混凝土面板采用共振技术碎石化，并对局部病害处理后，加铺7cm（AC-25C）沥青混凝土+5cm（AC-16C）沥青混凝土。两侧根据现有情况加铺20cm水泥混凝土路肩或设置排水暗沟。

④完善沿线交通安全设施及排水系统。

第一部分与第二部分采用的施工方法是成熟的传统工艺，虽然简单方便但工期相对较长且不环保；本次施工总结就不再讲述。

第三部分路段由于交通量大且无分流道路，按传统工艺施工不仅宜出现安全隐患而且不环保，在省局、市公路处的推荐下采用了多锤头共振技术，从2009年10月9日进场，施工结束为10月14日，历时五天，共振破碎22cm水泥混凝土面积4380m2，共振技术施工对于金华地区还是属于一种新工艺、新技术，从其它已使用过的地区介绍具有环保、节能、经济、循环利用的使用价值，为了保质保量地完成该项施工任务以及认真学习共振技术，探讨该技术是否值得推广利用，我公司在做了很多的前期调研和生产准备工作，在使用近一年后现就该技术施工过程中的经验积累和施工心得做如下总结。

三、共振碎石化路段现有道路状况

目前共振碎石化路段路面平整，无裂缝或龟裂、下沉等路面常见性病害，因此共振碎石化技术的产生，消除了热沥青混合料罩面后固有的反射裂纹、层面分离与脱落、潮气造成的损坏、颠簸、错层、水泥碱化反应和其他变质反应，是旧水泥混凝土路面改造过程中防止反射裂缝的有效措施。

四、常规修复方法、效果以及原因分析

一直以来，我们金华对旧水泥混凝土路面的改造主要采取“白加黑”、“白改黑”的方式，即对旧水泥混凝土路面面层的裂缝稍做处理后直接加铺一层新的沥青混凝土。然而由于旧水泥面板或多或少存有断板、错板、接缝、裂缝、坑洞、脱边、板底空洞等病害，改造后的面层在车辆荷载的连续不断冲击下，板的传荷能力不良导致旧面板病害处的承载力突然下降，造成应力集中而反射到上面层，形成荷载型反射裂缝。同时由于沥青混凝土和水泥混凝土两种材料热胀冷缩性质不同，当温度变化时，两层材料胀缩效应出现差异，温度应力在下层裂缝处不连续而产生应力集中，形成温度胀缩型反射裂缝。最初的反射裂缝或许对行车性能影响不大，但是反射裂缝的存在使杂物进入可以加剧裂缝本身的恶化，而雨水、污水的渗入可以导致土基软化，从而使路面结构的表面性能恶化，乃至整体结构遭到破坏。 在日益加重的交通荷载作用下，这些原有的接缝和裂纹会最终反射到新铺路面上，形成反射裂缝，并且发展很快，引起新的破坏，使路面服务期大大缩短。反射裂缝问题一直是影响加铺层使用寿命与使用性能的最根本原因。

五、共振碎石化技术基本原理

5.1碎石化技术简介

共振碎石化是一种路面破碎加覆盖技术，就是将原有的水泥混凝土路面破碎成小颗粒碾压后直接作为基层或底基层，再在其表面直接加铺沥青混凝土面层的工艺。

5.2共振破碎设备共振破碎机械

本项目部选用美国共振机器公司（resonantmachine incorporation，rmi)生产的rb500系列共振破碎机。其主要技术参数为：发动机功率350－600hp，振动梁宽度为457－660mm，破碎锤头152.4－304.8mm，振动频率35－53hz，振幅约20mm，振动梁配重5443－9070kg，总重量27216－31753kg，最大破碎深度660mm。 该设备独特的共振技术可以持续产生高频低幅的振动能量，通过破碎锤头传递到水泥板块里。在特制振动梁偏心轴驱动下，产生振动谐波，支点与配重点振幅为零，破碎头以高频低幅进行小能量的破碎，使路面层内造成均匀裂纹，并随着振动迅速有规律地扩展而得到破碎，而不是被强力击碎或碾碎。

5.3共振破碎设备利用

振动梁带动工作锤头振动，锤头与路面接触。实际操作时通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，即可将水泥混凝土面板击碎。工作锤头上装有专用传感器，感应路面的振动反馈。由电脑自动调节振动频率，搜寻被击物的自有频率，并引起水泥面板在锤头下局部范围内产生共振，使混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃。

5.4共振碎石化技术特点

共振破碎技术产生的高频低幅振动能量，使旧水泥混凝土路面的结构完整性彻底破坏。由于共振破碎设备动量高，和板块接触时间短，将水泥板块表面的裂纹瞬间均匀地扩展到板块底部，作用于水泥板块内部的高频振动力使其碎裂均匀，碎块大小和方向极其规律，水泥板块产生斜向裂纹，与路面形成30°－60°夹角。破碎的水泥块之间相互啮合，成锯齿状，为沥青加铺层提供稳固的施工平台，有效避免了裂纹纹路与路面垂直，达到承重和防水的效果。破碎后的水泥板块表层粒径较小，较松散；下层粒径较大，嵌锁良好。这样表层小的颗粒有利于消除反射裂缝和路面渗水的横向排出；下部较大的颗粒可以提高路基的承载能力和阻止渗水向下渗透。粒料经压实后相互啮合得更紧，形成稳定的基层。由于破碎深度可以控制，高频低幅共振产生的裂纹在穿透路面时就消散了，不会破坏原路基层的强度和均匀性，对地下设施也不会产生影响，并能使钢筋很容易与混凝土颗粒有效分离，杜绝了钢筋与其联带的水泥碎块对新面层产生反射的影响。

5.5施工基本流程

旧水泥混凝土路面共振破碎改造工艺的一般流程为：首先要正确设计和安装路面排水系统；再用共振破碎设备将旧路面破碎；采用10t左右的压路机对共振破碎后的路面碾压；按设计要求摊铺新的沥青混凝土路面。

5.6主要技术要求

该技术在本项目施工时主要控制的技术要求有：①破碎施工前合理安排道路边缘排水系统；②移除旧路上可能有的水泥砼路面补块；③由于施工路段不长，先选择50m×3.6m的区域作为试振区，然后选定1.2m2的范围进行开挖作为检测坑；④共振破碎后粒径大部分在15.2cm以内，破碎粒径大于20.3cm的含量不超过2%，粒径集中在1.5－7.6cm，破碎层粉尘含量（小于0.075mm）不大于7%；否则重新碎石，实际重振一次。⑤碎石化层0－10cm以内，级配控制在级配碎（砾）范围以内；0－18cm以内，级配接近级配碎（砾）石；⑥碎石化后应用钢轮振动压路机来回碾压2－4遍，碾压速度≤1.8m/s；⑦破碎及碾压过程中一旦路段被判定为地基软弱路段，通常要从碎石化层到垫层全部挖除，然后用碎石材料回填并压实；该路段未发生此类状况。⑧碎石化层碾压后，不允许有钢筋外露，不允许有共振后水泥砼下沉等现象存在；⑨摊铺前，对碎石化后路面弯沉进行检测。

六 工程应用及评价

6.1工程基本情况

45省道婺城段路面大修工程（k0+075－k0+630）实施共振技术施工部位为K0+265～K0+630路段，计0.365公里，实施内容在原有12米机动车车道水泥混凝土路面采用共振碎石化作为基层，后加铺（7+5）沥青混凝土面层进行补强，两侧根据现有情况加铺20cm水泥混凝土路肩以及在路肩下设置窨井和排水暗沟

6.2施工过程

k0+265－630段东侧、西侧为骆家塘村商业区，路线走向为南北向，北侧系通往双龙风景区，旅游车较多。为保证施工期间社会交通正常通行及不影响进出旅游景点的车辆通行，施工时实施了半幅机动车道封闭施工，另半幅机动车道开放双向交通的施工交通组织方案，双幅采取了交替的施工方式。在整体路面共振破碎前，先进行了试振并根据破碎效果确定破碎机械的基本破碎参数为：激振力8.49kn左右，破碎应力56mpa左右，振幅1－2mm，振动频率41－46hz。根据工程条件，路面排水暗沟布设在原有部位。开工前，首先封闭上行非机动车道与上行东侧路肩，将下行机动车道和路肩作一来一去双向机动车道。在封闭区域内开展水泥砼路面共振碎石化施工，待上行机动车道碎石化通车后，再对下行机动车道整体实施破碎、碾压。破碎速度控制在每天控制在1200m2左右，破碎后用10t钢轮振动压路机来回碾压3遍，碾压速度控制在1.5 m/s，由于施工条件、环境有限，在碾压洒水后8小时内让其通车，边通车边洒水。待机动车道全部实施碎石化并加铺7cmAC25-C沥青混凝土后，再开展排水设施、侧平石路缘石施工 ，最后完成路面机动车道上面层沥青罩面，工程从2009年10月中上旬开始，于当年10月下旬全部完成。

6.3效果评价

因实施共振碎石化路段中未涉及地下管线等需要政策处理的棘手问题，相对来说减小了施工难度。在整个破碎过程中，碎石化层颗粒均匀，粒径集中在1.8－8.5cm之间，大于15cm的颗粒很少。碎石化层0－10cm内级配良好，位于级配碎（砾）石级配曲线之间，粉尘（小于0.075mm）含量为5.52%；0－18cm以内，粉尘含量0.64%；低于级配碎石粉尘含量的上限值（6%－7%）。破碎角与路面水平方向成35°－50°夹角，有预应力钢筋处，水泥块与钢筋可剥离。按fwd弯沉标准，破碎后水泥混凝土顶面弯沉值为破碎前的6.1－9.1倍，基本集中在7－8倍，此标准可以让碎石化层形成高强粒料层。共振碎石化施工程序简便，振动影响小，噪声小，不扰民，施工速率、效率高，使现场由于施工造成的交通影响降到了最低。而且可得到合格尺寸的破碎块做基层，节约资源，降低造价。45省道婺城段路面大中修工程改建完成通车已有一年多时间了，目前尚未发现任何反射裂缝和车辙等相关病害，道路使用性能良好。

七 结语

共振碎石化技术是对旧水泥混凝土路面改造的一种新技术，通过共振碎石化施工，不仅解决了旧路面改造的质量问题，还大大缩短了工期，节约了大量路基材料，大幅降低了工程造价，同时一举解决了碎块垃圾的处理，具有减轻白色污染等优点，是旧水泥混凝土路面翻修改造的理想方法。随着我区旧水泥混凝土路面改造工程规模的不断扩大，这一先进适用的共振碎石化技术将会得到更多的推广应用，也必将带来更好的经济效益和社会效益。

参考文献

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