破碎壓實(shí)技術(shù)在舊水泥混凝土路面改建中的應(yīng)用

摘要:舊水泥混凝土路面加鋪改造瀝青混凝土路面是舊水泥路修復(fù)改造的一種重要方法,但瀝青加鋪層反射裂縫問題一直沒有解決,嚴(yán)重影響了瀝青加鋪層的使用壽命;水泥混凝土路面破碎壓實(shí)技術(shù)是修復(fù)嚴(yán)重?fù)p壞水泥路面的一項新技術(shù),具有工程造價較低,施工方便,對交通影響小的優(yōu)點(diǎn),同時能有效地防止反射裂縫的發(fā)生,為新建路面提供良好的行車性能。

關(guān)鍵詞:反射裂縫;彎沉;破碎壓實(shí)

中圖分類號: U418. 6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

引言

　　我國水泥混凝土路面的修筑已經(jīng)有半個多世紀(jì)的歷史,在20世紀(jì)70 年代中后期,開始較多地修建水泥混凝土路面, 80 年代初期,水泥路面得到了較快的發(fā)展。水泥路面在長期的使用過程中不可避免地出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能性破壞,如斷板、錯臺、唧泥、脫空等病害,尤其在最近幾年隨著交通量及重載車輛的增加,大量早期修建的水泥混凝土路面面臨著維修任務(wù)。

　　與瀝青路面相比,水泥混凝土路面維修相對困難,破損水泥混凝土路面維修處理方法主要有: ( 1)先修復(fù)舊水泥混凝土板塊,然后在其上加鋪瀝青混凝土面層。該方法適用于路面破損不嚴(yán)重,斷板率較低,且沒有脫空、錯臺等路基缺陷的情況。但它并不能完全消除水泥混凝土板塊間的差異性沉降,這種不均勻沉降容易導(dǎo)致瀝青面層的早期破壞,主要表現(xiàn)為反射裂縫。(2)將舊水泥混凝土板全部移除,然后加鋪新路面。該方法針對舊水泥混凝土路面損壞非常嚴(yán)重的路段,但舊水泥混凝土板塊的回收利用率較低,造成極大的浪費(fèi)。(3)先破碎舊水泥混凝土板塊,然后在其上加鋪瀝青混凝土面層。該方法適用于路面破損比較嚴(yán)重的路段。該法將舊水泥混凝土板塊破碎后作為新建瀝青混凝土路面的基層或底基層,有效地將舊水泥混凝土板塊利用起來,不僅節(jié)省投資有利于解決路面反射裂縫的問題,提高路面性能,而且解決了廢料的處置問題。

　　通過多年的工程實(shí)際及研究可以證明,破碎穩(wěn)固技術(shù)通過對舊水泥混凝土路面的打裂、破碎從而減小板的有效面積,充分釋放內(nèi)應(yīng)力,其板塊打碎后經(jīng)過壓實(shí)形成的嵌擠結(jié)構(gòu)有效地消除應(yīng)力集中,減少反射裂縫的發(fā)生。無論從環(huán)保還是性能以及造價上,該處置方案都有其獨(dú)特的優(yōu)勢。

1　破碎壓實(shí)技術(shù)

　　根據(jù)不同需要,可將破碎壓實(shí)技術(shù)分為以下三種:

　　(1)打裂壓穩(wěn)。打裂壓穩(wěn)通常用于消除瀝青面層的反射裂縫。理想狀況下,處理后的板塊長度應(yīng)在30—100mm,打裂后,通過壓實(shí)有效地消除板下脫空,恢復(fù)基層對水泥混凝土板塊的支撐作用。打裂壓穩(wěn)技術(shù)成功地用于改造結(jié)構(gòu)完好、僅存在功能性破壞的普通水泥混凝土路面。使用打裂壓穩(wěn)時必須考慮到板塊整體性的損失。藍(lán)派沖擊壓實(shí)設(shè)備對水泥混凝土路面的破碎就屬于典型的打裂壓穩(wěn)。

　　(2)破碎壓穩(wěn)。破碎壓穩(wěn)技術(shù)主要用于鋼筋混凝土路面。該技術(shù)要求破壞混凝土和鋼筋之間的聯(lián)結(jié),從而減小工作縫和裂縫之間的差異性位移到最低限度。其破碎功較打裂壓穩(wěn)要求更高。

　　(3)碎石化。碎石化技術(shù)是在沖擊壓實(shí)技術(shù)上發(fā)展起來的一種更為徹底的水泥混凝土面板破碎技術(shù),其目的是將水泥混凝土面板較為均勻地破碎成為10—20cm的顆粒,該技術(shù)將水泥混凝土板塊破碎成“高強(qiáng)粒料基層”,可以從根本上解決瀝青混凝土加鋪層反射裂縫的問題。美國MHB 型路面破碎設(shè)備對水泥混凝土路面的破碎屬于典型的碎石化。

2　破碎壓實(shí)技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用

2. 1　多錘頭碎石化后路面結(jié)構(gòu)方案

　　320國道K418 + 000～K427 + 750段舊水泥混凝土路面破碎采用碎石化技術(shù),對原有板塊進(jìn)行破碎,主要是基于此路段破損板塊較均勻,全線破損板塊基本沒有下沉等病害,從現(xiàn)場檢測情況看,原有路面基層基本完好。

　　破碎設(shè)備采用MHB 多錘頭破碎機(jī)與Z型壓路機(jī)。破碎后采用Z型格柵壓路機(jī)對破碎路面進(jìn)行壓實(shí)穩(wěn)固。壓實(shí)過程中,對路表水泥顆粒進(jìn)一步破碎,表面水泥顆粒小到5—10cm。壓實(shí)后路面平整,形成類似級配碎石結(jié)構(gòu)的柔性基層,其后對碎石化路面進(jìn)行清掃,按3. 0—3. 5kg/m2 的灑布量撒布乳化瀝青,以起到穩(wěn)定、防滲水的作用。灑布乳化瀝青后,撒5—15mm碎石嵌縫,再用光輪壓路機(jī)碾壓1—2遍。這樣表層破碎的顆粒形成整體結(jié)構(gòu),同時具有一定的密水性,形成了一穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)層,在其上再加鋪瀝青混凝土面層。加鋪層采用兩層式,即7cmAC - 25 + 5cmAC- 16,瀝青層厚度為12cm。

2. 2　檢測結(jié)果

　　該路段維修結(jié)束開放交通近兩年后,調(diào)查顯示,在這個區(qū)間內(nèi)瀝青路面狀況良好,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的坑洞、車轍,而且沒有出現(xiàn)明顯的反射裂縫,在這個區(qū)間僅發(fā)現(xiàn)一條0. 5m 左右長度、2—5mm 左右的橫向裂縫。對加鋪的瀝青混凝土路面進(jìn)行回彈彎沉測試,測試頻率為20m一次,彎沉結(jié)果見表1。

　　測試結(jié)果表明,新建瀝青路面回彈彎沉平均值17. 5 (0. 01mm)以下,標(biāo)準(zhǔn)差5. 5 ( 0. 01mm)以下,代表彎沉值23 (0. 01mm)以下。彎沉測試結(jié)果表明彎沉較小,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高,按照測試的彎沉結(jié)果推算,新建瀝青路面可以承受2400 ×104 次標(biāo)準(zhǔn)軸載的交通量作用。與舊水泥路面彎沉測試結(jié)果相比較,新建瀝青路面彎沉趨于穩(wěn)定,各測試點(diǎn)的數(shù)值變異不大,彎沉標(biāo)準(zhǔn)差較小,這表明水泥板經(jīng)沖擊破碎壓實(shí)后形成的基層具有一定的穩(wěn)定性、均勻性和連續(xù)性,為路面提供了較高的承載能力,對抑止反射裂縫發(fā)生的起到一定的作用。

3　分析

　　水泥混凝土路面具有板體結(jié)構(gòu),其水泥混凝土板塊的模量高達(dá)30000MPa。水泥破碎后,其整體板塊結(jié)構(gòu)被破壞。破碎后的水泥碎塊經(jīng)過壓實(shí)后可將其看作為一種高性能的碎石材料,但其回彈模量也不過300—500MPa,僅為水泥混凝土板的百分之一。據(jù)此分析,在水泥板上直接加鋪和經(jīng)過破碎穩(wěn)固后加鋪相同厚度的瀝青混凝土,前者的路面的結(jié)構(gòu)應(yīng)具有很高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,即其路面彎沉值應(yīng)小于后者。但是從工程檢測結(jié)果分析,其結(jié)論恰好相反。

　　當(dāng)瀝青加鋪層厚度為10cm 時,在水泥路面上直接加鋪瀝青層后路面的最大彎沉值為1.688mm,而破碎穩(wěn)固后加鋪瀝青層后路面的最大彎沉值為0.616cm,不足原來的一半。其主要原因是舊水泥板塊接縫處通常存在脫空,脫空區(qū)域作為薄弱環(huán)節(jié),在荷載作用下將產(chǎn)生很大變形,因此造成路面彎沉值增加。根據(jù)路面最大彎沉指標(biāo)分析,破碎穩(wěn)固后加鋪瀝青混凝土面層其道路整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度沒有下降,對于破碎嚴(yán)重的水泥路面(如板塊脫空病害較多) ,破碎穩(wěn)固加鋪瀝青混凝土面層技術(shù)有利于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高。

　　破碎穩(wěn)固后加鋪瀝青混凝土路面的路表最大彎沉值要小于直接加鋪瀝青混凝土路面,這表明破碎穩(wěn)固后路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并沒有降低。

　　水泥混凝土與瀝青混凝土溫度收縮系數(shù)不同,溫度變化時將導(dǎo)致瀝青混凝土層受到拉、壓應(yīng)力的作用。溫度反復(fù)作用下,瀝青層將產(chǎn)生反射裂縫。有力學(xué)計算表明,瀝青加鋪層溫度應(yīng)力、層底拉應(yīng)力及界面層之間剪應(yīng)力隨水泥板尺寸減小而降低,例如當(dāng)加鋪厚度為10cm時,直接加鋪瀝青混凝土面層層底最大拉應(yīng)力為0. 376MPa,破碎穩(wěn)固后瀝青加鋪層層底拉應(yīng)力為0. 318MPa;加鋪厚度為15cm時,直接加鋪瀝青混凝土面層層底最大拉應(yīng)力為0. 365MPa,破碎穩(wěn)固后瀝青加鋪層層底拉應(yīng)力為0. 257MPa,最大拉應(yīng)力減少了29. 5%。

　　破碎壓實(shí)將水泥板塊充分破碎,使原來4 ×5m的水泥板塊破碎成為30—100cm的碎塊,然后用重型壓路機(jī)碾壓,使水泥碎塊壓實(shí)穩(wěn)固。水泥板塊尺寸的減少大大降低了溫度變化時收縮位移,從而降低了瀝青層底拉應(yīng)力,防止或抑制溫度型反射裂縫的產(chǎn)生;而經(jīng)過重型壓路機(jī)碾壓后,水泥板塊與基層緊密接觸,避免了脫空出現(xiàn),故最大限度地消除了板塊間彎沉差。特別是經(jīng)過碎石化處理后的水泥板塊,其力學(xué)行為類似于級配碎石。破碎后的水泥板經(jīng)過壓實(shí)穩(wěn)定后,具有很高的抗剪切強(qiáng)度和抗車轍能力,其荷載傳遞性能是一般級配碎石的1. 5—3. 0倍。因此在其上直接加鋪瀝青混凝土面層,類似于經(jīng)常采用的柔性基層瀝青路面,有利于防止或抑制反射裂縫的產(chǎn)生。

4　結(jié)論

　　(1)應(yīng)用破碎機(jī)械將混凝土板塊破碎,并經(jīng)充分壓實(shí),消除了原有板塊的脫空、路基壓實(shí)的不足,提高了路面結(jié)構(gòu)的整體性,從而提高了路面結(jié)構(gòu)的承載能力,還可以有效地消除反射裂縫的產(chǎn)生。實(shí)際工程應(yīng)用也表明,破碎穩(wěn)固技術(shù)可以有效防止瀝青路面反射裂縫的發(fā)生。(2)舊水泥混凝土路面采用碎石化技術(shù)破碎后可以直接加鋪瀝青混凝土,但在攤鋪瀝青混凝土之前需要灑布乳化瀝青。

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