舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用的探討工學(xué)論文

時(shí)間：2024-09-09 11:02:17 其他類論文我要投稿

　　摘要：舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用，碎石化技術(shù)是目前舊水泥混凝土路面維修改造最好的技術(shù)之一。

舊水泥混凝土路面碎石化技術(shù)應(yīng)用的探討工學(xué)論文

　　關(guān)鍵詞：碎石化技術(shù)；施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)構(gòu)組合；使用條件

　　1 概述

　　1.1碎石化的定義

　　水泥混凝土路面碎石化是一種舊水泥混凝土路面破碎處治技術(shù)，是對舊水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。該技術(shù)是將舊水泥混凝土路面的面板，通過專用設(shè)備一次性破碎為咬合嵌擠碎塊柔性結(jié)構(gòu)，可充分利用舊路殘余強(qiáng)度，且保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源。這種結(jié)構(gòu)不僅具有一定的承載力，而且具有有防止或限制反射裂縫發(fā)生、發(fā)展的作用，破碎后的粒徑范圍為2~40cm，力學(xué)模式趨向于級配碎石。

　　1.2碎石化技術(shù)的主要特點(diǎn)

　　通過破碎將舊水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低到一定程度，防止反射裂縫的發(fā)生，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與反射裂縫兩者較好的平衡。舊水泥混凝土路面進(jìn)行碎石化后具有以下特點(diǎn)：碎石化能使原水泥混凝土板塊在平面上強(qiáng)度分布均勻；碎石化能保留原水泥混凝土路面的一定強(qiáng)度；碎石化能可以消除原水泥混凝土路面病害；碎石化后的粒徑合理，不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。

　　1.3碎石化技術(shù)的主要優(yōu)勢

　　舊水泥混凝土路面碎石化后，可以直接作為新路面結(jié)構(gòu)的基層或底基層，如果舊水泥混凝土路面碎石化后具有較高的強(qiáng)度，能夠滿足道路承載要求，可作為路面基層直接加鋪路面面層，新加鋪面層可以是瀝青混凝土路面，也可以是水泥混凝土路面。

　　1.4碎石化技術(shù)專用設(shè)備及特點(diǎn)

　　實(shí)施碎石化的主要設(shè)備為MHB（Multipe-Hed Breaker）多錘頭破碎機(jī)和Z型壓路機(jī)。

　　多錘頭破碎機(jī)(MHB)由兩部分組成，前半部分為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)，后半部分為破碎系統(tǒng)，中間備有2排各3對650kg的錘頭，兩側(cè)各有1對865kg翼錘。每對錘頭的提升高度可以根據(jù)需要隨意調(diào)節(jié)，其最大提升高度110cm。

　　MHB的破碎機(jī)理是通過重錘的下落對水泥混凝土板塊產(chǎn)生瞬時(shí)、點(diǎn)狀的沖擊作用，其具有以下特點(diǎn)：整幅車道寬度單次多點(diǎn)破碎；錘擊功可以方便調(diào)節(jié)；破碎效率很高；破碎后顆粒組成特性較好；破碎后的表面平整度較高；方便調(diào)節(jié)，作業(yè)靈活。

　　Z型壓路機(jī)是一種在鋼輪表面帶有Z狀紋理的振動(dòng)式壓路機(jī)，自重不小于10噸，其作用是進(jìn)一步碾壓碎石化后的路面，為加鋪提供一個(gè)平整的表面。

　　1.5石化技術(shù)的強(qiáng)度形成機(jī)理

　　水泥混凝土路面碎石化后分為表面細(xì)粒散層、碎石化層上部和碎石化層下部三個(gè)層次。

　�。�1）碎石化后表層約2~5cm，在壓實(shí)過程中，顆粒被壓密，形成嵌擠薄層，通過灑布透層油，具有較高的黏結(jié)力，并具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性；

　�。�2）碎石化層上部厚度約10cm，強(qiáng)度主要有：一是來源于內(nèi)摩阻角，粒徑越大則內(nèi)摩阻角越大；二是來源于預(yù)應(yīng)力，水泥混凝土面板在破碎時(shí)，混凝土產(chǎn)生側(cè)向體積膨脹，混凝土顆粒的粒徑越小，膨脹趨勢越大，產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力越大；

　�。�3）碎石化層下部厚度約10cm，是“裂而不碎、契合良好、聯(lián)鎖咬合”的塊體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)靜定且自穩(wěn)，具體表現(xiàn)形式為各種形式的咬合梁、拱結(jié)構(gòu)，在外力作用下產(chǎn)生咬合嵌擠作用，比普通嵌鎖作用更大，提供的強(qiáng)度更高，具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定特性。

　　2 MHB碎石化施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

　　2.1路面碎石化后的粒徑范圍要求

　　水泥混凝土板塊一般在20~26cm之間，破碎后頂面粒徑較小，下部粒徑較大。路面碎石化后的粒徑是控制基層強(qiáng)度及新加鋪路面不出現(xiàn)早期反射裂縫的關(guān)鍵參數(shù)，作為控制碎石化工藝的關(guān)鍵指標(biāo)，參照國外資料及國內(nèi)研究成果，碎石化粒徑應(yīng)滿足表要求。

　　2.2路面碎石化后頂面的當(dāng)量回彈模量和回彈彎沉要求

　　水泥混凝土路面碎石化后頂面的當(dāng)量回彈模量是新加鋪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本參數(shù)之一，一般情況下，對于直接加鋪瀝青混凝土的路面結(jié)構(gòu)，回彈模量平均值宜控制在150~500MPa之間。碎石化后的回彈彎沉與回彈模量之間存在著聯(lián)系，在將碎石化后的板塊及其下結(jié)構(gòu)層視為同種材料構(gòu)成的情況下，可以參照路面補(bǔ)強(qiáng)公式得到：

　　Ez=（1000pD/l0）m1m2

　　式中：p-彎沉測定車的輪胎壓力；

　　D-與彎沉測定車雙圓輪跡面積相等的承載直徑；

　　l0-原路面計(jì)算彎沉；

　　m1-用標(biāo)準(zhǔn)軸載汽車在原路面上測得的彎沉值與用承載板在相同壓強(qiáng)條件下所測得的回彈變形值之比，即輪板比，一般取1.1；

　　m2-原路面當(dāng)量回彈模量擴(kuò)大系數(shù)。

　　2.3 MHB碎石化施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測頻率

　　為滿足直接加鋪面層的技術(shù)要求，保障加鋪層施工質(zhì)量，根據(jù)課題研究和實(shí)驗(yàn)路的測試，結(jié)合路面設(shè)計(jì)的規(guī)范要求，提出MHB碎石化施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測頻率。

　　碎石化層作為基層直接加鋪瀝青路面，目前我國技術(shù)規(guī)范中沒有相應(yīng)規(guī)定，本技術(shù)指標(biāo)要求是在參考我國現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ034-2000）和原技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTJ034-93）的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)路的實(shí)際情況提出的，具體實(shí)施中可以靈活掌握。如果碎石化層的表面平整度與上述要求差異較大，在鋪筑瀝青路面前，必須進(jìn)行處理。處理措施主要有：

　　（1）據(jù)平整度情況合理合理選擇瀝青混合撩的型號(hào)；

　�。�2）填充級配碎石找平、碾壓后灑布熱瀝青或乳化瀝青，再進(jìn)行壓實(shí)；

　�。�3）采用其他合適的技術(shù)措施進(jìn)行找平。如果不進(jìn)行找平，可能會(huì)影響瀝青路面的平整度，影響路面的使用效果。

　　3 碎石化后瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)組合

　　3.1結(jié)構(gòu)組合的原則

　　研究表明，工程中可能出現(xiàn)的碎石化后顆粒粒徑或回彈模量的不同情況，可采用的結(jié)構(gòu)組合原則有：

　�。�1）碎石化施工中應(yīng)盡量參照推薦的顆粒粒徑和回彈模量推薦范圍進(jìn)行破碎，在此范圍內(nèi)時(shí)，瀝青加鋪層要求采用密級配瀝青混凝土，并可考慮加鋪防水封層；

　�。�2）當(dāng)碎石化后顆粒粒徑稍偏大、回彈模量偏高時(shí)，可考慮采用開級配大粒徑透水性瀝青碎石（簡稱為LSPM）加防水封層的結(jié)構(gòu)組合方式，其上瀝青混凝土仍需采用密級配；

　�。�3）當(dāng)碎石化后顆粒粒徑稍偏小、回彈模量偏低時(shí)，要保證加鋪層總厚度，可考慮設(shè)置FDAC抗疲勞層，以防止疲勞開裂，其他瀝青層仍需采用密級配；

　�。�4）回彈模量小于120MPa時(shí)需要考慮增設(shè)補(bǔ)強(qiáng)層，按照新建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 3.2瀝青加鋪層四種機(jī)構(gòu)組合方式

　�。�1）作透層、封層后，直接加鋪上、中、下面層的密級配瀝青混凝土；

　　（2）加鋪LSPM，然后采用兩層兩面的形式；

　　（3）加鋪抗疲勞層后，再加鋪瀝青混凝土；

　�。�4）加鋪無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定類基層，然后加鋪瀝青面層。

　　根據(jù)研究成果，碎石化后的回彈模量大致可分為5個(gè)級別，相應(yīng)的加鋪結(jié)構(gòu)組合形式可按表3標(biāo)準(zhǔn)選取。

　　4 碎石化技術(shù)適用條件和注意問題

　　4.1碎石化技術(shù)的使用條件

　　4.1.1碎石化的技術(shù)條件

　　碎石化技術(shù)是舊水泥混凝土路面重建技術(shù)的主要方案之一，國內(nèi)外研究和工程實(shí)踐證明，只要舊水泥混凝土路面滿足表4所列條件，就可以應(yīng)用碎石化的技術(shù)進(jìn)行重建改造。其他因素如板塊斷裂程度、坑洞、接縫損壞、表面裂縫與層狀剝落等不是決定應(yīng)用碎石化技術(shù)的必要條件。

　　4.1.2碎石化的經(jīng)濟(jì)條件

　　碎石化工藝應(yīng)用與原路面補(bǔ)修存在經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)可用修補(bǔ)比率來反映，國外算例中修補(bǔ)比率為13%左右，山東的經(jīng)濟(jì)平衡點(diǎn)是修補(bǔ)面積為20%~25%時(shí)，進(jìn)行破碎改造更為經(jīng)濟(jì)。

　　4.2直接加鋪面層時(shí)的技術(shù)要求

　　水泥混凝土路面碎石化后直接加鋪瀝青面層時(shí)，應(yīng)遵循如下原則：

　�。�1）回彈模量平均值一般在150~500MPa左右，部分原路面水泥混凝土材料較好時(shí)，回彈模量會(huì)更大，現(xiàn)場測試中出現(xiàn)個(gè)別值在600MPa、700MPa的情況，進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須將彎拉指標(biāo)作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)；

　�。�2）等級較高的公路上，碎石化層上的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)一般不宜小于12cm；

　�。�3）實(shí)驗(yàn)段已用于80%（整幅路面）斷板的水泥混凝土路面，80%以下斷板時(shí)使用不會(huì)有問題；

　　（4）上面層必須密級配防水型瀝青混合料；

　　（5）必須完善排水設(shè)施；

　　（6）在碎石化程度較高，測試回彈模量數(shù)據(jù)較小時(shí)，應(yīng)注意下面層的抗疲勞特性。

　　4.3碎石化技術(shù)應(yīng)用的注意問題

　　在滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件要求的前提下，應(yīng)用MHB進(jìn)行碎石化前還需要綜合考慮以下因素：

　　（1）水泥混凝土路面基層的破壞程度決定了其碎石化施工的顆�？刂坪凸に囈蟆τ趽p害嚴(yán)重的水泥混凝土路面，必須判斷其基層狀態(tài)。一般情況下，基層破壞程度越高。破碎后粒徑越小。

　�。�2）水泥混凝土路面基層的破壞程度是判斷嚴(yán)重病害路面是否可用碎石化工藝的重要標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)基層嚴(yán)重破壞時(shí)，碎石化后板塊容易喪失顆粒間的嵌擠作用，導(dǎo)致模量下降，容易導(dǎo)致瀝青路面層出現(xiàn)疲勞破壞。此時(shí)應(yīng)用碎石化，應(yīng)注意提高上部路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全性。

　�。�3）排水設(shè)施是碎石化的必須輔助工程。完善排水設(shè)施是防止碎石化后瀝青加鋪層再次發(fā)生水損壞的重要措施。

　　這里所有要求，共同構(gòu)成碎石化技術(shù)的應(yīng)用條件和決策依據(jù)，是確定舊水泥混凝土路面能否實(shí)施碎石化技術(shù)以及能否直接加鋪瀝青混凝土面層的必要條件。

　　結(jié)語：重點(diǎn)就碎石化使用條件、強(qiáng)度機(jī)理、加鋪層組合、施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測頻率的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，為舊水泥混凝土路面改造提供參考依據(jù)。

　　參考文獻(xiàn)

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