水泥混凝土路面的破碎與固定技術

1、引言

唐山市國省干線水泥混凝土路面總長度超過500公里,國道102線、205線等路線的水泥混凝土路面已基本達到使用年限,隨著近幾年重交通量的增大,水泥路面損壞日益嚴重,對行車安全非常不利。按照《公路養護技術規范》(JTJ073-96)規定,水泥混凝土路面綜合評定指標(SI)為優、良,壞板率在5%~15%的路段,除按正常的養護程序進行接縫、裂縫修理以及破碎板處理外,宜安排大中修進行處治;對路面綜合評定指標(SI)為中、差,壞板率在15%~50%的路段,必須安排大中修進行處治;壞板率在50%以上的路段,必須進行改善。為此唐山市曾在205線市站段、豐南段嘗試過鉆孔壓漿并加鋪結構層的方法來改造水泥板體的穩定性,并得到有關專家的認可。但由于該路線各個路段水泥混凝土板體及基層部分的破損程度不同,導致有些路段的鉆孔壓漿效果較好,有些路段效果則較差。以唐山市205國道為例,對東出口段、豐南新河莊收費站以西段都做了鉆孔壓漿處理并都加鋪了瀝青混凝土結構層,現在東出口段加鋪層雖然出現了一些反射裂縫,但該路段路面綜合評價指標還可達到良等以上;豐南新河莊收費站以西段則完全相反,路況很差,幾乎每一塊板上加鋪層都出現了不同程度的反射裂縫,而且瀝青混凝土加鋪層出現了坑槽、松散等病害。為什么會出現以上兩種截然相反的狀況呢,究其原因,主要是基礎原因,東出口段石灰土基層較好,而豐南段水泥混凝土路面是在原瀝青路面上做石渣調平層基礎上實施的,基礎差造成了上述原因。事實表明,對于象豐南段這種情況,采用一般的養護修復手段是不行的,水泥混凝土路面的破碎與固定技術是修復水泥混凝土路面并改善其基礎的一種有效方法。

2破碎與固定技術的原理

在舊水泥混凝土路面板上加鋪瀝青混凝土結構層是我們修復水泥混凝土路面的常用技術,但由于水泥板體的不連續性,導致加鋪層很容易出現反射裂縫,通常我們認為反射裂縫產生的力學機理是加鋪層承受原路面因垂直和水平位移引起的應力。垂直位移是下層路面接縫、裂縫處的不均勻位移,是溫度和含水量的變化引起的膨脹和收縮造成的。除下層路面板的溫度和含水量的變化以外,裂縫或接縫處的總位移還受板長的影響。以上關系可用以下關系式說明:

收縮位移=ac×ΔT×L/2

式中:ac—溫度應變系數;

Delta;T—溫度變化差額;

L—板體長度。

另外,位于加鋪瀝青面層之下的開裂板,其水平位移也會引起裂縫上方結構層部位很大的拉應力。同樣,垂直位移也引起了加鋪層內的很大的剪應力。因為瀝青混凝土面層在較低溫度時抗彎強度較低,所以也只能承受較小的溫度應力。車輛通過接縫或裂縫會引起不均勻的垂直位移,這種位移的量取決于接縫或裂縫處的荷載傳遞以及下層混凝土板內產生的位移。

由此可見,如果將水泥混凝土板體的長度縮短,也就相應降低了板的收縮位移,從而降低反射裂縫出現的機率,降低水泥混凝土板體長度,也就將板體破碎成小塊兒,以上過程就是水泥混凝土路面的破碎;水泥混凝土路面板體破碎后,水泥混凝土塊與塊之間要形成嵌鎖,使碎塊均能與基層接觸,以提高該結構層的承載能力,此過程就是水泥混凝土路面的固定。

因此說水泥混凝土路面的破碎與固定技術是控制加鋪層反射裂縫的一種方法,破碎與固定的目的就是將水泥混凝土破碎成小塊,以消除產生反射裂縫的溫度應力,并使塊體與塊體之間形成嵌鎖,增加基礎結構的強度,對其上的加鋪層提供較好的支承。

3破碎與固定技術的實施要點

3.1破碎

破碎與固定是在保留水泥混凝土路面結構的某種程度完整性的同時將其破碎成邊長46~60cm碎塊的過程,而不是把水泥混凝土路面變成尺寸較小的碎塊。破碎形式應既能減少板的過度位移(垂直的和水平的),又能使板作為加鋪層的穩定的基礎結構。破碎技術運用以獲得穿透板全深,而又難以看出明顯的裂縫為佳。破碎的水泥混凝土塊可以適當有一些大于60cm的碎塊,但超過60cm的碎塊的數量不能超出破碎總量的20%。

3.2固定

水泥混凝土路面經過破碎以后,應將混凝土塊穩固到基層上。固定板塊的目的是各點均能與基層接觸,從而提高承載能力。只有以足夠的重量作用于路面并用碾壓機械碾壓才能消除板塊松動。如果板塊固定不當,混凝土塊就會松動并引起加鋪層更為嚴重的反射裂縫。因此,對于水泥混凝土破碎板塊的固定,要求水泥混凝土碎塊兒不能有任何松動。

4破碎與固定技術的幾種施工方法

4.1破碎與固定分步實施

顧名思義,破碎與固定分步實施就是將破碎與固定分成兩個工序進行(圖1、2為我市205國道大修照片)。首先是破碎,主要是利用各種型號的打樁機、截斷樁錘、沖擊錘及共振式路面破碎機等將路面破碎,破碎前要確定錘的破碎點,一般錘距為50cm左右。其次是固定,固定的方法是用重型靜碾壓路機碾壓,以重型輪胎壓路機為首選,因為鋼輪壓路機或振動壓路機在碾壓時接觸面不均勻,尤其是振動壓路機,就好象篩子一樣,會使一些小型碎塊下沉,造成破碎塊體更加松動而不能起到固定作用。借鑒國外相關技術經驗,發現利用50T的重型輪胎式壓路機碾壓幾遍的固定方法比較不錯。對于一些破碎后產生的混凝土過分剝落部分要用砂漿回素混凝土等材料回填,保證加鋪結構層以下沒有空洞。

4.2破碎與固定同步進行

同步進行主要是利用重型沖擊式壓路機對水泥板進行碾壓,使舊水泥板完全破碎并與下步結構層充分接觸,同時保證水泥混凝土板體保留大部分強度。例如,南非LANDPAC沖擊式壓路機,該壓路機就是將水泥混凝土路面板的破碎與固定技術融為一體,水泥混凝土面板的破碎與固定是利用該壓路機本身的重力及工作時的沖擊力來完成的,其工作時壓路機碾壓力可以達到250T,利用這樣大的沖壓力將水泥混凝土面板壓裂并將板體壓實以起固定作用(圖3、4、5為LANDPAC沖擊式壓路機施工現場及效果圖)。對于該施工方法的指標控制一般采用高差控制,高差的控制方法是在施工前,每車道50米確定一點測定其高程,施工時每碾壓5遍測一次,當前后兩次高差小于5mm時,即認為破碎并碾壓密實(該指標及控制要求為南非LANDPAC施工單位提供)。

5經濟效益分析

由于該技術是利用舊水泥混凝土板體破碎固定后作為底基層,沒有對水泥混凝土面板結構強度造成破壞。但如果將水泥混凝土板破壞后清除,再按照有關規范做結構層,比將水泥混凝土板體破碎固定增加50%以上投資。

總之,水泥混凝土路面的破碎與固定技術從目前來說是一項新技術,由于水平有限,有些方面論證可能不是很充分,請同行多提寶貴意見。

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