多錘頭碎石化震動(dòng)波對(duì)水穩(wěn)的影響

金家明，陳明山，張孟偉

（1.S 105巢湖至烏江段公路建設(shè)工程指揮部，安徽 巢湖 238200；2.巢湖捷誠(chéng)監(jiān)理公司，安徽 巢湖 238000；3.北京新橋技術(shù)發(fā)展有限公司，北京 100088）

1 引言

根據(jù)水泥混凝土路面破損后維修養(yǎng)護(hù)困難、養(yǎng)護(hù)效果差的實(shí)際情況，開(kāi)展了公路水泥混凝土路面全斷面改造技術(shù)研究。通過(guò)對(duì)水泥混凝土路面快速檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)、水泥混凝土路面破碎工藝、水泥混凝土改造利用混合料配合比設(shè)計(jì)、水泥混凝土路面改造的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及修筑工藝、水泥混凝土路面改造的各技術(shù)措施的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境性評(píng)價(jià)等課題的研究，結(jié)合依托工程應(yīng)用，從水泥混凝土路面快速檢測(cè)技術(shù)、破碎工藝、材料再生利用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝等方面提出了水泥混凝土路面全斷面改造的關(guān)鍵技術(shù)。多錘頭碎石化技術(shù)是采用多錘頭式破碎設(shè)備將水泥混凝土路面破碎成上層不大于7.5cm，中間層不大于22.5cm，底層不大于37.5cm的混凝土塊，用以限制新鋪的瀝青罩面上出現(xiàn)的反射裂縫，形成一個(gè)用于熱拌瀝青混合料罩面或新加鋪水泥混凝土面層所需的均勻基層。碎石化技術(shù)是目前解決反射裂縫問(wèn)題的最有效方法。破碎并壓實(shí)的混凝土路面是由破碎混凝土塊組成的緊密結(jié)合、內(nèi)部嵌擠、最高密度的材料層，可以為熱拌瀝青混合料罩面提供更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。該破碎工藝施工簡(jiǎn)便、迅速，綜合造價(jià)較低、環(huán)保、無(wú)污染。對(duì)在近幾年的施工中，踴躍出很多不同的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況：由于施工時(shí)要求半幅施工，有些工程還存在加寬路段，破碎工藝在夯擊路面時(shí)若側(cè)面有水穩(wěn)施工方案進(jìn)行確定。

2 波的相關(guān)系數(shù)

2.1 波的公式

底面半徑為r0，質(zhì)量為m的夯錘從h高處自由下落，與地表產(chǎn)生碰撞，并在地基半空間中做自由振動(dòng)，夯錘與半空間地基所組成的體系具有無(wú)限個(gè)自由度，振動(dòng)的阻尼比γ、最大振幅A：

式中：G、ρ、ν、fn分別為介質(zhì)的剪切模量、密度、泊松比和振動(dòng)主頻。

2.2 波的傳播速度

由查閱資料得到3種波在各種材料內(nèi)的傳播速度，結(jié)果見(jiàn)表 2、表 3。

表2 材料參數(shù)

表3 3種波在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的傳播速度

2.3 設(shè)備與波的關(guān)系

從上式可以看出，沖擊波的振幅和頻率與破碎機(jī)械相關(guān)的參數(shù)為重錘質(zhì)量m、落錘高度h和重錘底面半徑r0（或當(dāng)量圓半徑）。其中，振幅的平方與重錘質(zhì)量和落錘高度成正比，與重錘底面半徑成反比；而頻率的平方與重錘底面半徑成正比，與重錘質(zhì)量成反比，與落錘高度無(wú)關(guān)。沖擊波的初始能流密度僅與落錘高度成正比。由于在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，沖擊波的頻率是不變的，而振幅將隨傳播距離的增大而減小，因此在其他條件相同的條件下，具有較大初始振幅的沖擊波可以傳播到相對(duì)遠(yuǎn)的位置。

3 現(xiàn)場(chǎng)情況

巢烏公路合馬段，原路面K 31+713～K 38+625段為水泥混凝土路面，碎石化全長(zhǎng)為6.427 k m（扣除變更砼面板、超挖及橋面長(zhǎng)度），寬為12 m，平均厚度為28.3cm。根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，碎石化路面用于底基層，在其上鋪筑調(diào)平層及18cm 5%水泥穩(wěn)定碎石基層16cm厚瀝青混凝土面層，所經(jīng)行政區(qū)域?yàn)楹涂h西埠鎮(zhèn)。圖1是加寬段加鋪水穩(wěn)后的圖片。

圖1 加寬段加鋪水穩(wěn)后的圖片

3.1 設(shè)備理論控制范圍

從表3可以看出，3種波在路面結(jié)構(gòu)中的傳播速度不同，首先到達(dá)的是P波，其次是S波和R波。根據(jù)公式結(jié)合水泥混凝土下臥層的強(qiáng)度推算了破碎過(guò)程中設(shè)備落錘高度的可調(diào)整范圍為0.8～1.3 m，其兩次沖擊縱向間距可控制在6～12cm范圍內(nèi)，見(jiàn)表4。

表4 選定的設(shè)備參數(shù)控制范圍

3.2 設(shè)備實(shí)際運(yùn)作情況及效果

該工程為改建加寬工程，為了驗(yàn)證施工過(guò)程中破碎工藝對(duì)水穩(wěn)是否有影響，通過(guò)試驗(yàn)段施工時(shí)記錄不同的破碎情況下相對(duì)應(yīng)的水泥路面破碎機(jī)設(shè)置的參數(shù)，如錘頭高度和地面行駛速度等以下工作，見(jiàn)圖2、表5。

圖2

表5 試驗(yàn)段各點(diǎn)設(shè)備運(yùn)作情況

當(dāng)試驗(yàn)段完成后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證夯擊時(shí)對(duì)一側(cè)水穩(wěn)層的影響，確保路面被破碎工藝完成后一側(cè)的水穩(wěn)層均滿足圖紙規(guī)定的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，M H B類(lèi)設(shè)備由于采用小重量、高頻度、多位置的沖擊作用形成了強(qiáng)度更加均勻的破碎層，在施工過(guò)程中如靠近水泥穩(wěn)定碎石基層時(shí)，由于其中振幅的平方與重錘質(zhì)量和落錘高度成正比，與重錘底面半徑成反比；而頻率的平方與重錘底面半徑成正比，與重錘質(zhì)量成反比，與落錘高度無(wú)關(guān)。沖擊波的初始密度僅與落錘高度成正比。由于在均勻介質(zhì)中傳播時(shí)，沖擊波的頻率是不變的，而振幅將隨傳播距離的增大而減小，因此在其他條件相同的條件下，具有較大初始振幅的沖擊波可以傳播到相對(duì)遠(yuǎn)的位置。所以在靠近加鋪水穩(wěn)層時(shí)，應(yīng)降低錘頭高度。

[1]中華人民共和國(guó)交通部，JTGD 40-2002，公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范，北京，人民交通出版社，2004.

[2]溫志惠，碎石化技術(shù)在舊砼路面大修中的應(yīng)用[J]，交通科技，武漢，2009，02.

[3]黃曉明，張玉宏，李昶，水泥混凝土路面碎石化層應(yīng)力強(qiáng)度因子有限元分析[J].公路交通科技，2006，23（2），52-55.

[4]中華人民共和國(guó)交通部，JTGF 30-2003，公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范，北京，人民交通出版社，2004.

[5]李昶，張玉宏，張建，沖擊壓實(shí)與M H B類(lèi)設(shè)備對(duì)水泥混凝土路面破碎效果的對(duì)比研究 [J].公路交通科技，2004，11（21），17-19.

[6]胡長(zhǎng)順，王秉剛，戴經(jīng)梁，舊水泥混凝土路面水泥混凝土加厚層設(shè)計(jì)理論與方法的研究 [J].西安公路學(xué)院學(xué)報(bào)，1993，13，2，1-7.

[7]駱祖文，毋剛，李建輝，劉杰，水泥混凝土路面再生利用施工技術(shù)探討[J].交通科技，武漢，2007，03.

[8]王松跟，李昶，張玉宏，舊水泥混凝土路面M H B碎石化后強(qiáng)度機(jī)理分析[J].公路，2006，12（12）.