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城市水泥混凝土路面改造工程中破裂稳固技术的应用
发布时间：2013-08-26 07:58 来源：未知
随着我国城市化建设的高速发展，旧水泥混凝土路面加铺改造工程，在很多城市都有大批的项目。总结各地在旧水泥混凝土路面加铺沥青混凝土面层的改造技术，主要有以下3种方式：一是对旧水泥混凝土路面局部加固处理后直接加铺沥青混凝土面层；二是在旧水泥混凝土路面上加铺基层后铺筑沥青混凝土面层；三是清除1日水泥混凝土面板，重做底基层、基层后铺筑沥青混凝土面层。局部处理加铺沥青混凝土面层，虽然费用省，但是效果不好，一般1年后旧水泥混凝土面板的病害反映到加铺面层，造成沥青混凝土面层的损坏。第2种方式需要根据加铺层材料的性能来阻隔、吸收部分反射裂缝等病害，但也只能延缓沥青混凝土面层的损坏；而影响前两种方式早期损坏的主要原因，是原水泥混凝土面板接缝处在荷载和温度、湿度变化下的位移不能有效的减少，其作用传递到面层破坏了沥青混凝土结构。第3种方式虽能解决病害，但清除旧水泥混凝土面板的工程量很大，造成浪费，污染环境。
研究证明，破裂（碎）稳固技术通过对旧水泥混凝土路面的打裂、破碎从而减小板的有效面积，充分释放内应力，降低因温度、湿度应力变化和车辆荷载的综合作用下而产生的板块位移，从而解决反射裂缝等病害对加铺面层的早期损坏问题；稳固后可直接作为上基层，加铺沥青混凝土面层。而且此处治技术施工时对交通影响小，有利于环保且具有性能价格比高的优势。
1、破裂（碎）稳固技术
1.1 板式冲击锤破裂稳固技术
(1)破裂要求
从美国引进的水泥混凝土路面破碎机装配有宽度为2.5m板式冲击锤，锤头重达St，具备足够能量将旧水泥混凝土路面每隔45cm沿横向全深度的打裂，75%以上路面出现不规则开裂，且相邻裂缝围成的面积在0.4~ 0.61T12之间。冲击强度有锤头高度和锤头间距确定，锤头间距一般不大于60cm。为避免过度破坏，破裂时不应使路面板产生过大位移，并不应使混凝土板由于破裂产生大量的碎属。见图l。
(2)破裂尺寸的检验
由于裂缝极为细小，破裂前需在前方路面一定范围内均匀洒水到可以看见自由水的程度，然后破裂施工。在破裂时，可以看到开列痕迹并伴有气泡。在路面自由水消失后，可见清晰的裂缝痕迹，由此鉴别开裂的程度是否要求。
(3)压稳控制标准
压稳用25t的胶轮压路机压实3~5遍�？刂票曜嘉好�25m取一点，进行水准测量，如果每次压稳后最大沉降变化量小于Smm（山东省公路工程招标文件“水泥混凝路面破碎稳固技术规范”推荐值），压稳达到要求。但压稳次数不小于2遍，压实速度小于4.8km/h。见图l。
1.2冲击式压实机（蓝派）破碎稳固技术
非圆形压实机械的设想于上世纪50年代由南非提出，经过40多年的不断研制开发逐步完善为一种技术成熟的大功率连续式的冲击式压实机。冲击压实机对水泥混凝土路面板进行破碎，断裂要贯穿水泥板，同时破碎的板稳固在脱空或减弱了的基层上，达到既消除隐患又有效地消除反向裂缝的目的。破碎时既要保留原路面一定的完整性，同时将其断裂成6cm×6cm左右的块。板呈细微的断裂，用浇水观察裂纹，使块与块之间处于嵌锁状态，提供最好的支撑。沉降量控制在Smm内，认为收敛。见图2。
1.3 多锤头破碎机(MHB)碎石化技术
碎石化由多锤头破碎机与Z型钢轮压路机组合完成。碎石化要求75%的水泥混凝土路面破碎成颗粒（肉眼观察），表面最大尺寸不超过7.5cm，中间不超过22.5cm，底部不超过37.5cm，用最小毛重不低于9t的Z型钢轮震动压路机，补充破碎和压实其表面。
2、破裂效果分析
破裂（碎）稳固对中等繁重交通且损坏较严重的水泥混凝土路面改造，是一种比较有效的新技术（到目前为止，国内外尚没有一套系统的应用该技术的权威指南）。山东省公路局在京沪高速公路等几段水泥混凝土路面改造试验的基础上，编制了山东省公路工程招标文件《水泥混凝土路面破裂（碎）稳固技术规范》（试用），对水泥混凝土路面加铺改造工程具有一定的指导作用。但1日水泥混凝土路面的损坏程度、病害原因、材料结构一路一个样，不定因素很多，因此，每项工程都要作针对性检测。
以顺河大街试验路（板式冲击锤与胶轮压路机组合）为例，原路面结构为：20cm水泥灰土稳定砂基层+ 23cm水泥混凝土面层。通过调查，路面板损坏严重，出现断板、错台、隆起、下沉等病害，从取芯的情况来看，混凝土芯样完整，基层芯样部分不完整，从芯样或洞壁可以看到裂缝，基层强度较底。
为检测破裂（碎）稳固的施工效果，对施工前后的路面进行了弯沉检测比较，采用自动弯沉仪。路面破碎稳固后路面下沉量较大，这与基层芯样强度较底、抗弯拉能力不足相吻合，弯沉变化相对均匀未见明显突变，表明路面破碎稳固效果良好，而且破碎后的路面板仍保持了相当的整体性和连续性。
通过试验路的数据采集对破裂效果进行分析比较和造价对比，认为：板式冲击锤破裂（碎）稳固技术，裂缝规则且产生必要交错裂缝，施工工艺简单，噪声小，不用全封闭交通，对城市居民正常生活和出行影响不大，使用效果好，造价底，具有性能价格比高的优势。因此，更适用于轻型汽车多的城市水泥混凝土路面的加铺改造工程。效果分析及造价对比见表2。另两种破裂（碎）稳固技术冲击式压实机和多锤头破碎机(MHB)，破碎后颗粒粒径随深度变化有所不同，表面有碎石硝且上部分颗粒较小，下面部分较大，颗粒之间有着良好的嵌挤作用，在通过压实稳固后，形成坚实稳定的加铺层的基层，是旧水泥混凝土路面碎石化后原位利用水泥混凝土板的良好技术。但施工时扬起的粉尘污染环境，噪音大，需要封闭交通，费用高，更适用于野外作业的高速公路水泥混凝土路面加铺改造工程。
3、加铺层方案设计
城市旧水泥混凝土路面通过加铺改造应满足：提高路面结构承载能力，恢复路面平整度与抗滑功能，改善路面使用性能，适应城市繁重交通的需要；充分利用旧水泥混凝土路面的强度，降低工程费用；确保改造工程中行车正常的目标。
加铺层方案设计，应尽可能采用较薄的路面结构，避免路面标高提高很多，影响道路两侧、空间已有建筑物的感观视觉和系统高程；同时减少对沿路交通设施的影响；减少桥梁恒载的增加；减少路线纵坡的频繁变化可能造成的路面纵向不平整和行车舒适性降低。为防止雨水渗入原水泥混凝土路面与基层结构中，应按照防排结合的原则进行防排水设计。国外加铺层设计思路是采用面层低部应变和疲劳寿命作为厚度控制指标。但通常使用的还是经验值为沥青混凝土面层总厚度，一般为15cm以上。根据我国城市道路实际情况和城市交通轴载状况，经过试验路的试铺，面层厚度采用8~ 12cm。
4、工程应用
4.1 工程概况
山东省莱芜市顺河大街、汇圆大街、人民路3条城市道路全长17km，路幅宽23~36m，建于上世纪90年代初期。原路面结构为21cm厚水泥混凝土面层，下设有14cm水泥稳定砂砾或12cm手摆地瓜石基层和16cm厚水泥稳定砂砾或25cm石灰土底基层。破裂稳固采用板式冲击锤加胶轮压路机的组合形式，加铺沥青混凝土面层厚度分为8cm和10cm两种。
4.2破裂稳固施工关键技术
(1)破裂后裂缝的发展是衡量冲击压实稳固效果的重要指标之一。理想的裂缝既要贯穿整个板厚，又要产生交错裂缝，使板形成一定程度的破裂，这种破裂足以形成一定的沉降，对基层具有很好的压实作用，使旧板的脱空得以填补，交错裂缝具有良好的嵌锁或咬合作用，这种作用既能消除板块的竖向位移，将1日板稳固到基层上，又使1日板保持一定的整体性，并且能够充分利用旧板的残余强度。因板式冲击锤的强度影响到破裂块的大小和破裂后裂缝的发展趋势，所以锤头高度和锤头间距是破裂施工的关键技术。
(2)冲击压实后路面沉降相当明显，对基层低基层甚至原路基都有很大影响。压稳沉降量的控制是稳固施工关键技术。压稳后最大沉降变化量小于5mm，压稳达到要求。但压稳次数不小于2遍，控制在5遍以内。
(3)施工中加强检测，对原路面结构发生变化和损坏严重的路段要加大检测频率，对裂缝变化曲折复杂的要取芯分析。适时调整冲击压稳参数。
5、结论
(1)破裂（碎）稳固技术可以解决反射裂缝等病害对加铺面层的损坏问题；加铺沥青混泥凝土面层后，恢复了路面功能，改善了路面使用性能。
(2)城市水泥路面加铺改造工程，应用板式冲击锤破裂稳固技术，工期短，造价底，施工工艺简单，旧路强度利用率高，对城市居民正常生活和出行干扰小，具有推广应用价值。
