水泥混凝土路面高频低振幅共振破碎技术参数研究

员 建 斌

(山西省交通运输厅发展规划研究中心，山西 太原 030006)

水泥混凝土路面高频低振幅共振破碎技术参数研究

员 建 斌

(山西省交通运输厅发展规划研究中心，山西 太原 030006)

采用国内自行研发的GZL-600全浮动式共振机，分析了共振产生的加速度对地基及周围环境的影响，并对破碎的技术参数作了探讨，通过对比研究得出共振破碎技术不会对周围环境产生大的影响，指出共振破碎技术参数激振力为20 MPa～21 MPa，行走速度3.0 km/h～3.5 km/h时，能有效控制水泥混凝土板的破碎质量。

共振破碎，技术参数，反射裂缝

0 引言

早期修建的水泥混凝土路面在重载交通的影响下发生了不同程度的破坏，混凝土板破碎、板角断裂、路面接缝破碎、错台，已严重影响行车的舒适性和安全性，加之行车噪声大，特别是在城市道路中，给生活、环境带来了极大的不便。共振破碎技术对水泥混凝土板进行碎石化处理，成为“白+黑”路面加铺中解决水泥混凝土路面接缝反射裂缝的技术难题的有效方法之一。

国内外目前有两种碎石化技术：MHB多锤头碎石化技术和RPB碎石化技术。其中美国Wisconsin州公路Antigo设备有限公司开发研究了MHB技术，并在1955年时成功应用于工程实践中，其结构构造主要是前后两排按一定间隔设置了6个或8个锤头[1]。到1986年，美国纽约州运输部的工程师John Brizzell将技术进行了改进，设计出了RPB共振破碎机。现在国外RPB共振破碎机已经从早期的PB400型发展为现在的PB500型。在借鉴国外先进技术的基础之上，我国中铁科研人员经过多年研究自行研发了GZL-600全浮动式共振机，设备的研发以及国产化，促进了我国破碎技术的发展，但在实际应用中，特别是在城市道路的应用，破碎技术对环境、对建筑物的影响，设备技术参数的选取对工程质量的影响是技术人员关注的重点，本文围绕这两方面进行研究。

1 共振破碎技术对周围环境影响

共振破碎技术是将破碎机的振动频率设置为与水泥混凝土自振频率相一致，以达到破碎的目的[2]。本文选取的共振破碎机是GZL-600全浮动式共振机，是由北京高路通达科技有限公司提供的。在共振破碎中，为了进一步研究共振时产生的加速度波对地基及周围环境的影响，采取了地震监测仪进行监测，如图1所示。

1.1 水平距离的影响

在检测的过程中分别选取距振源0.3 m和5 m作为测点，如图2所示安装地震监测仪探头。在破碎时，监测仪会自动检测出沿行车方向X，垂直行车方向Y，以及深度方向Z的振幅随时间变化情况。不同水平距离处的测振数据见表1，表2，不同水平距离处不同方向振速与时间的关系见图3～图8。通过振速和主频值的变化规律，进一步评价振源处的振动情况对测试点的振动影响程度。

表1 距振源0.3 m处测振数据

通道通道名称最大值cm/s主频Hz时刻s量程cm/s灵敏度1行车方向X-23.80.891.4034539.924.5002垂直行车方向Y-24.91.371.4623143.222.5003深度方向Z-22.11.991.2781633.630.000

表2 距振源5 m处测振数据

通道通道名称最大值cm/s主频Hz时刻s量程cm/s灵敏度1行车方向X-0.118.651.6084539.924.5002垂直行车方向Y-0.194.620.8353543.222.5003深度方向Z-0.216.241.6620033.630.000

根据表1数据和图3～图5可知，在距离振源0.3 m时，水平方向的通道X和通道Y，最大振幅为24.9 cm，而在地面以下最大振幅达到22 cm。根据表2和图6～图8可看到，在距离振源5 m时，情况发生了很大的改变，水平方向最大振幅不到0.2 cm，地面下最大振幅不到0.2 cm，远远超过了建筑物安全规章的建筑安全值。而我国城市建筑物通常抗震等级在6级以上[4]，除非道路两边建筑物本身就有危险，否则这样的共振对道路两旁建筑物(5 m以外)完全失去破坏的影响。结合不同距离时破碎变化情况分析发现，共振破碎技术不会对周围建筑物产生大的影响，可以放心的在城市道路中使用。

1.2 垂直距离的影响

根据表1数据和图3～图5可知，在距离振源0.3 m时，在地面以下最大振幅达到22 cm。根据表2和图6～图8可知，在距离振源5 m时，地面下最大振幅不到0.2 cm，相比振源处或近距离的破碎情况，5 m的远距离共振无法达到破碎混凝土板的目的。在距离振源较近的情况下，对路面基层是否有较大伤害，会不会影响超过埋深80 cm以下的地下管线，还需进一步挖坑检测。

由以上分析可得出，采用共振破碎技术破碎水泥混凝土面板对5 m以外的周围建筑不会产生不良影响。

2 破碎技术参数研究

共振破碎技术参数通过路面破碎深度、整体强度及破碎后碎石级配来确定。

2.1 破碎的深度及强度

尽管混凝土板遭到破碎，但是破碎后的不同粒径也要有合适的级配，那样才可能在碾压成型的时候，形成有效的强度，保证基层整体的稳定性[5]。本文在研究中又分别选取了19 MPa，20 MPa和21 MPa三种激振力以及2.5 km/h，3 km/h和3.5 km/h三种行走速度，然后再对施加不同大小激振力和不同行走速度破碎的混凝土板部位进行挖坑检查。在检测中，可以看到共振破碎具有以下特点：

1)混凝土表层以下8 cm左右碎石化，而下部虽然也被震裂，但仍具有良好的嵌挤性，因而保证了上部的“柔性化”，下部的稳定性；

2)下部裂而不散，基层并没有遭到破坏，仍具有良好的承载能力。同时这也从侧面证明了共振不会对埋深80 cm的地下管线造成损坏。

试验坑检测见图9。

2.2 破碎后颗粒的级配特征

在破碎的基础上，选取相同振动频率(频率44 Hz)不同激振力、行走速度下的三个破碎试验段，从各试验段中随机再挖取一个试验坑，然后对破碎料进行标准筛分试验，将结果绘制于图10中。

由图10可知，试坑1是在激振力为21 MPa，行走速度为3.5 km/h时的情况，虽然此时的激振力比较大，但是由于速度过快，导致颗粒较粗。试验坑2将激振力和行走速度降到19 MPa和3.0 km/h，破碎后的颗粒明显减小。同时为了便于分析比较，在试验坑2的基础上，将激振力设置为20 MPa，行走速度为2.5 km/h，由于速度更小，此时的破碎颗粒在三种情况下最小。这说明在振动频率一定的情况下，破碎效果与激振力和前进速度密切相关。除此之外，参照国内外早期的碎石化技术，要防止反射裂缝的出现，同时又能保证基层的稳定，混凝土板以下8 cm左右破碎且破碎颗粒粒径在5 cm以内达50%，8 cm以下碎而不裂、紧密镶嵌是最理想的效果。这是因为严重的碎石化会使整个结构层变的松散，进而失去承受和传递荷载的能力。

最后结合破碎机的工作强度机理，又对筛分结果和挖坑情况进行深度研究。最终发现，激振力与行走速度对碎石效果的影响程度也有所差异，激振力对破碎影响程度比前进速度要小，行走速度越慢，破碎颗粒级配越细。综合考虑，发现当激振力控制在20 MPa～21 MPa，行走速度设置在3.0 km/h～3.5 km/h时的施工状况，既能保证水泥路面的有效破碎，又可以获得较高的生产效率。

3 结语

通过对比研究，水泥混凝土路面的共振破碎技术不会对周围环境产生大的影响；提出技术参数为激振力20 MPa～21 MPa，行走速度3.0 km/h～3.5 km/h时，既可控制破碎质量，又可获得高的生产效率。采用共振破碎技术既利用了原有混凝土板的强度，又起到稳板的作用，解决了“白+黑”水泥混凝土路面改造反射裂缝的问题，保证了改造后的工程质量，达到了节约费用、加快进度、有利环保的效果。该技术的应用与推广，对旧水泥路面改造和路面性能提升意义重大。

[1] 张 娜.基于MHB碎石化技术的沥青碎石封层试验研究[D].重庆:重庆交通大学，2009.

[2] 胡昌斌.冲击压路机破碎改建旧水泥混凝土路面技术[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3] 王根松.旧水泥混凝土路面破碎技术应用指南[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4] 石素燕.水泥混凝土路面碎石化施工工艺[J].现代公路，2012(7):42-44.

[5] 李 宏.既有水泥混凝土路面共振破碎施工工艺探讨[J].山西交通科技,2010(1):125-128.

The study of technical parameters for frequency low amplitude resonance crushing technology

YUN Jian-bin

(DevelopmentandPlanningResearchCenter,TransportDepartmentofShanxiProvince,Taiyuan030006,China)

In this paper, the adopted GZL-600 full floating resonance machine is domestically developed technology, this paper analyzed the influence of acceleration caused by resonance to ground and surrounding environment, and discussed the technical parameters of crushing, resonance crushing technology will not produce big influence on the surrounding environment through the contrast study， the results that resonance broken technical parameters for the exciting force is between 20 MPa and 21 MPa, walking speed is between 3.0 km/h and 3.5 km/h are put forward, which can effectively control the broken of cement concrete slab quality.

resonance broken， technical parameters， reflection crack

1009-6825(2014)35-0174-03

2014-10-08

员建斌(1980- )，男，工程师

U416.216

A