金家明，陳明山，張孟偉

（1.S 105巢湖至烏江段公路建設工程指揮部，安徽 巢湖 238200；2.巢湖捷誠監(jiān)理公司，安徽 巢湖 238000；3.北京新橋技術發(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)護困難、養(yǎng)護效果差的實際情況，開展了公路水泥混凝土路面全斷面改造技術研究。通過對水泥混凝土路面快速檢測及評價技術、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計、水泥混凝土路面改造的路面結構設計及修筑工藝、水泥混凝土路面改造的各技術措施的經(jīng)濟性和環(huán)境性評價等課題的研究，結合依托工程應用，從水泥混凝土路面快速檢測技術、破碎工藝、材料再生利用、結構設計、施工工藝等方面提出了水泥混凝土路面全斷面改造的關鍵技術。多錘頭碎石化技術是采用多錘頭式破碎設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。碎石化技術是目前解決反射裂縫問題的最有效方法。破碎并壓實的混凝土路面是由破碎混凝土塊組成的緊密結合、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構強度。該破碎工藝施工簡便、迅速，綜合造價較低、環(huán)保、無污染。對在近幾年的施工中，踴躍出很多不同的現(xiàn)場實際情況：由于施工時要求半幅施工，有些工程還存在加寬路段，破碎工藝在夯擊路面時若側面有水穩(wěn)施工方案進行確定。

2 波的相關系數(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，夯錘與半空間地基所組成的體系具有無限個自由度，振動的阻尼比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，結果見表 2、表 3。

表2 材料參數(shù)

表3 3種波在路面結構內(nèi)的傳播速度

2.3 設備與波的關系

從上式可以看出，沖擊波的振幅和頻率與破碎機械相關的參數(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，與落錘高度無關。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，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遠的位置。

3 現(xiàn)場情況

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，碎石化全長為6.427 k m（扣除變更砼面板、超挖及橋面長度），寬為12 m，平均厚度為28.3cm。根據(jù)本項目特點，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)域為和縣西埠鎮(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 設備理論控制范圍

從表3可以看出，3種波在路面結構中的傳播速度不同，首先到達的是P波，其次是S波和R波。根據(jù)公式結合水泥混凝土下臥層的強度推算了破碎過程中設備落錘高度的可調(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)，見表4。

表4 選定的設備參數(shù)控制范圍

3.2 設備實際運作情況及效果

該工程為改建加寬工程，為了驗證施工過程中破碎工藝對水穩(wěn)是否有影響，通過試驗段施工時記錄不同的破碎情況下相對應的水泥路面破碎機設置的參數(shù)，如錘頭高度和地面行駛速度等以下工作，見圖2、表5。

圖2

表5 試驗段各點設備運作情況

當試驗段完成后，為了進一步驗證夯擊時對一側水穩(wěn)層的影響，確保路面被破碎工藝完成后一側的水穩(wěn)層均滿足圖紙規(guī)定的要求。

4 結束語

綜上所述，M H B類設備由于采用小重量、高頻度、多位置的沖擊作用形成了強度更加均勻的破碎層，在施工過程中如靠近水泥穩(wěn)定碎石基層時，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，與落錘高度無關。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，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遠的位置。所以在靠近加鋪水穩(wěn)層時，應降低錘頭高度。

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

[2]溫志惠，碎石化技術在舊砼路面大修中的應用[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力強度因子有限元分析[J].公路交通科技，2006，23（2），52-55.

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

[5]李昶，張玉宏，張建，沖擊壓實與M H B類設備對水泥混凝土路面破碎效果的對比研究 [J].公路交通科技，2004，11（21），17-19.

[6]胡長順，王秉剛，戴經(jīng)梁，舊水泥混凝土路面水泥混凝土加厚層設計理論與方法的研究 [J].西安公路學院學報，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碎石化后強度機理分析[J].公路，2006，12（12）.