旧水泥混凝土路面共振碎石化施工参数研究 史仍超 ，支喜兰 ，张叔林 ，一，王海俐 （１．长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室，陕西 西安２．内蒙古交通设计研究院有限责任公司，内蒙古摘呼和浩特７１００６４； 铜川 ７２７０３１） ０１００１０；３．陕西省铜川公路管理局，陕西要：结合陕西省旧水泥混凝土路面共振碎石化技术的施工经验，并以富平县Ｘ３１４县道旧水泥混凝土路面大修改建 工程为依托，对共振碎石化技术施工参数进行了研究。按照路面板块状况的不同对试验段进行施工段落划分，对划分的 不同路段采用不同的施工参数组合进行施工；通过正交实验设计和分析，推荐出针对Ｘ３１４县道不同路段的最佳施工参 数组合，并对各施工参数进行了定量和定性分析。 关键词：共振碎石化技术；旧水泥混凝土路面；施工参数；锤迹横向净距；正交实验 中图分类号：Ｕ４１８．８ 文献标识码：Ｂ 我国在共振碎石化技术理论和应用方面已经取得 （２）水泥混凝土路面板厚度调查。钻取芯样测量 些研究成果，主要集中在碎石化理论力学分析、施工 路面板厚度。共钻取３６个芯样，试验段内的水泥混凝 土路面板块的厚度范围为２０．０～２６．４ｃｍ，均值为 ２３．３８ｃｍ，标准差为１．６５。 工艺流程及质量控制关键点、施工质量检测、加铺层设 计方法等方面。但是对于共振碎石化施工工艺参数的 选取，尤其是对于共振碎石化施工效果有重要影响的 锤迹横向净距的选取，尚缺乏依据。本文结合陕西省 旧水泥混凝土路面共振碎石化技术的施工经验，依托 （３）水泥混凝土路面板的强度调查。对于钻取的 芯样，制作成１０ｅｒａ×１０ｃｍ的圆柱形标准试件进行轴 心抗压强度试验。对于钻取的３６个芯样，实测的抗压 ２０１５年富平县Ｘ３１４县道大修改建工程，对于包括锤 迹横向净距在内的影响共振碎石化效果的施工工艺参 数进行系统研究。 强度范围为２１．４５～４５．８ＭＰａ，均值为３２．７ＭＰａ，标准 差为７．Ｏ６。 （４）水泥混凝土路面板的基础支撑情况调查。通 过实测水泥混凝土路面表面弯沉值来评价基础的整体 支撑情况，对于测试的每一块路面板，分别测量板块中 部、板块纵缝边缘中部和板角三处位置的回弹弯沉值， 每２０ｍ检测一块路面板。测量结果显示，试验段内的 水泥混凝土路面表面弯沉值范围为２～４０（０．０１ｍｍ）， 均值为１０．０４（０．０１ｍｍ），标准差为１１．３８。 调查结果表明，在试验段范围内，旧水泥混凝土路 面的状况存在较大差异。将试验段内的路面板块分为 ４工况： １ 工程概况 富平县Ｘ３１４县道为三级公路，路面宽度７．０ｍ。 路面结构为：２４ｃｍ Ｃ３０水泥混凝土路面＋２０ｅｍ水泥 稳定砂砾＋３０ｅｒａ天然砂砾。路面板平面尺寸为４．０ｍ ×３．５ｍ。于２００１年建成通车。 随着本地区经济的逐步发展，交通量逐年增大，特 别是大型货车和特大型货车增长速度较快，本路段水 泥混凝土路面出现不同程度的破坏，路面状况总体较 差，路面病害以裂缝、板角断裂、板块破碎等病害为主。 为恢复路面使用性能，提高行车舒适性，２０１５年将采 用共振碎石化技术对旧水泥混凝土路面破碎后加铺沥 青路面。 工况１：水泥混凝土路面板块无病害，板厚大于 ２６ｅｒａ，芯样轴心抗压强度４１～４６ＭＰａ，表面弯沉值范围 ２～８（０．０１ｍｍ）。 工况２：水泥混凝土路面板块有轻微裂纹，板厚约 ２４～２６ｅｍ，芯样轴心抗压强度３４～４０ＭＰａ，表面弯沉值 范围８～１６（０．０１ｍｍ）。 ２试验路路况调查与分类 （１）水泥混凝土路面板破损程度调查。对试验段 内的每一块路面板逐一调查，主要包括裂缝长度、宽 度，断角、断板程度，板块下沉情况等。 工况３：水泥混凝土路面板块有交错裂缝，板厚约 ２２～２４ｅｍ，芯样轴心抗压强度２８～３３ＭＰａ，表面弯沉值 范围１６～２５（０．０１ｍｍ）。 基金项目：陕西省交通运输厅２０１４年度交通科研项目（项目合同编号：１４—２７Ｔ）。 作者简介：史仍超（１９９０一），男，山东梁山人，硕士研究生，主要研究方向为路基路面工程。 ８８ ２０１５年ｌ２期（总第１３２期） 工况４：水泥混凝土路面板块有断板、下沉，板厚 间，宽度为３．５ｍ（即单块水泥板的宽度）。试验路起 点桩号为Ｋ１５＋５３４，终点桩号为Ｋ１６＋７５４，各个子路 段的划分情况如图１所示。 Ｏ ～ 约２０—２２ｃｍ，芯样轴心抗压强度２１—２７ＭＰａ，表面弯 沉值大于２５（０．０１ｍｍ）。 Ｏ ～ ０ ～ ２ ～ ２ ～ ２ ～ ４ ～ ３正交实验设计 ３．１ 共振碎石机施工参数选取 本次共振碎石化施工采用的是国产ＧＺＬ一６００共 ２ ２ ２ ４ ４ ４ ６ 图１试验路路段划分示意图 ２ ５ ３ ０ ３ ５ ２ ５ ３ Ｏ ３ ５ ２ ５ 振碎石机，其主要的参数为：激振力８ｋＮ；锤头宽度 ４试验结果分析 Ｏ ５ Ｏ ０ ０ ５ Ｏ Ｏ ２００ｍｍ；锤头振幅２０ｍｍ；振动频率３５～５３Ｈｚ。施工过 程中可调节的参数为：锤头的振动频率、共振碎石机的 行进速度、锤迹横向净距。最终确定共振碎石机施工 参数的调节范围为：振动频率４２～４５Ｈｚ，共振碎石机 前进速度２．５—４．０ｋｍ／ｈ，锤迹横向净距１０—１６ｅｒａ。 ３．２正交实验组合 考虑锤迹横向净距Ａ、共振碎石机前进速度Ｂ、锤 头振动频率Ｃ共３个因素，每个因素再分为３个水平， 其中每个因素的不同水平如表１所示。 表１试验路段各因素水平选取 对于以上各因素和各水平，在不考虑交互作用的 前提下进行正交实验设计，组成三因素三水平的正交 组合，共有９种组合方式，如表２所示。 表２正交实验组合 序售号 向 净距／ｃｍ （ ｋＢｍ ｈ－ ） Ｈｚ施一 …礅落 ＬＩｌ、ＩＪ２ｌ、Ｌ３１、Ｌ４ｌ Ｌｌ ２、Ｌ２２、Ｌ３ ２、ＩＪ４ Ｌｌ ３、Ｌ２ ３、Ｌ３ ３、Ｌ４ ３ Ｌ１ ４、Ｉ ４、Ｌ３４、Ｌ４ Ｌｌ ５、Ｌ２ ５、Ｌ３ ５、Ｌ４ ５ ＬＩ ６、Ｌ２ ６、Ｌ３ ６、Ｌ４６ Ｌ１ ７、Ｌ２７、Ｌ３ ７、Ｌ４７ Ｌｌ ８、Ｌ２ ８、Ｌ３ ８、Ｌ４ ８ Ｌ１ ９、Ｌ２９、 ９、Ｌ４９ 表２中的施工段落Ｌ （ｉ＝１、２、３、４；．／：１、２、３、 ９）表示工况ｉ的第 个子路段，如厶 表示工况３ 的第５个子路段，针对该子路段应该采用第５种正交 组合参数进行共振碎石化施工。 对于每一种工况，考虑正交组合，将每一种工况条 件下的试验路段分别分为９个子路段，最终将试验路 划分为３６个子路段，每个子路段长度在６０～７０ｍ之 ４．１ 施工效果评价方法 对试验段旧水泥混凝土路面进行共振破碎后，躬 舵 通过开挖试坑观察碎石化层的破碎粒径情况，对破 碎效果进行检测。试坑开挖直径约９０ｃｍ；开挖深度 为旧路面板厚度。破碎效果评定按照《公路水泥混 凝土路面再生利用技术细则》给出的检测标准，如表 ３所示 表３ 共振碎石化破碎效果检测标准与方法 为了对正交实验结果进行定量分析，依据共振碎 石化破碎效果检测的合格率赋予评分，如表４所示。 表４破碎效果评分 合格率 破碎效果评分 ９０％以上 ９Ｏ ８５％～９０％ ８０ ８０％～８５％ ７Ｏ ７５％～８０％ ６０ ４．２正交实验结果分析 采用以上评分标准对每一种工况条件下的共振碎 石化施工效果进行评分后，运用传统的正交试验直观 分析法对于实验结果进行分析，结果如表５～表８ 所示。 根据正交试验结果分析，可以通过极差Ｒ分析得 到因素排序。工况１和工况３试验结果表明，共振碎 石机施工参数对破碎效果影响的主次顺序依次为频 率、锤迹横向净距和共振碎石机前进速度。工况２和 工况４试验结果表明，共振碎石机施工参数对破碎效 果影响的主次顺序依次为共振碎石机前进速度、频率、 锤迹横向净距。可见旧水泥路面工况不同对共振碎石 机施工参数的敏感性是不同的。 通过正交试验结果分析，可以得到针对不同工况 的最优施工参数组合。如表６所示。 ２０１５年１２期（总第１３２期）８９ 表５正交实验结果分析 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ｌＯ—ｌ２ １０～１２ ｌＯ～１２ ｌ２～１４ ｌ２～ｌ４ ２ ３ ｌ２～１４ ５ ３ ２ ３ ３ ２ ３ ５ ～ ３ ０ Ｏ ～ ３ ５ ５ Ｏ ～ ３ ５ ５ ～ ４ ０ ５ ～ ３ Ｏ ０ ～ ３ ５ ～ ～ １４～ｌ６ ４ ３ ０ ０ １４—１６ １４～１６ ３．５—４．０ ４３ 甜 表６不同工况最佳施工参数组合 Ｌ 化技术施工前对于旧水泥混凝土路面板的状况进行调 查并据此进行施工段落划分是必要的。 （２）对于大修改建的富平县ｘ３１４县道的共振碎 Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ Ｌ 石化技术施工参数进行了正交实验分析，试验结果表 鲫 加 ∞ ∞ ∞ 加 ∞ ∞ 明：不同工况的最佳施工参数组合是不一样的。 （３）锤迹横向净距是既影响共振破碎效果又影响 工程经济性的重要施工参数，应合理确定。 通过表６可直观的看出，针对不同状况的旧水泥 参考文献： ［１］张玉宏，王松根，李昶．国外水泥混凝土路面碎石化技术简介．公 路，２００３（９）：９４—９７． 混凝土路面，应采用不同的施工参数进行共振碎石化 施工以获得最佳的施工效果，因此有必要对于拟施工 ∞ ∞ ∞ 加 舳 ∞ ∞ ∞ 的旧水泥混凝土路面按照状况不同进行段落划分。但 是为了便于施工操作，也不必区分太细。例如本次试 验结果说明，工况１和工况２可以采用同样的施工参 数，而工况３和工况４可以采用同样的施工参数。 锤迹横向净距是影响旧水泥混凝土路面共振碎石 ∞ 蛐 舳 ∞ ∞ ∞ ∞ 鲫 … ［２］ 李建法．高速公路水泥混凝土路面改造工程共振机械碎石化施工 技术与应用．公路，２０１１（７）：５３—５８． ［３］ 徐柱杰，凌建明，黄琴龙，等．旧水泥混凝土共振碎石化路面模量 分析．同济大学学报（自然科学版），２００８，３６（９）：１１９５—１１９８． ［４］ 黄琴龙，陈达豪，凌建明，等．共振碎石化在上海水泥混凝土路面 改建中的成效．长沙理工大学学报（自然科学版），２００８，５（２）： １０３—１０６． 效果的重要施工参数，甚至有时比共振碎石机的行进 速度对施工效果的影响还要大。锤迹横向净距大小决 Ｍ ∽ 定共振碎石机的破碎遍数或机械台班消耗量。所以， ［５］徐柱杰，凌建明，黄琴龙．旧水泥混凝土路面共振碎石化效果研 究．中国公路学报，２００８，２１（５）：２６—３１． ［６］ 刘金福．共振破碎对水泥混凝土板的力学行为影响．重庆交通大 学学报（自然科学版），２０１３，３２（５）：９３８—９４２． ［７］ 王青海．共振破碎改造旧水泥混凝土路面机理及效应研究．重庆： 重庆交通大学，２０１１． 在进行共振碎石化施工时必须将锤迹横向净距控制在 合理范围内。在路面状况较好的条件下，该参数值应 加 ∞ ∞ ∞ 舳 ∞ ∞ ∞ 取较小值，以保证路面板比较均匀的破碎；当路面病害 比较严重时则应相应的增大该参数的取值。 ［８］ 张叔林．陕西省旧水泥混凝土路面共振碎石化技术应用研究．西 安：长安大学，２０１５． ５结论 （１）为了获得理想的破碎效果，在采用共振碎石 ９０ ２０１５年１２期（总第１３２期）
