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四川都江堰打裂压稳旧水泥混凝土路面改造技术

2019-05-14 混凝土破碎 589 次 0 评论

四川都江堰打裂压稳旧水泥混凝土路面改造技术

一、打裂压稳技术

打裂压稳技术产生于20世纪80年代,主要应用区域包括美国和英国等西方发达国家。英国最早研究和开发该项技术的机构是运输试验研究中心,英国公路工程技术规范第1卷第716册,详细规定了水泥路面打裂压稳技术改造的施工方法和设备要求。美国运输研究委员会在20世纪80年代末,发表了数篇打裂压稳的专业论文,各州也制定了相关的施工规程[10]。

打裂压稳技术已经成功地用于改造结构完好,仅存在功能性破坏的普通水泥混凝土路面。

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图10.1打裂缝落板式破碎机

打裂可以在板块中形成紧密的裂纹,从而以部分结构性的损失来换取传荷能力的增强;另一方面,压稳则消除板下的脱空,恢复了基层对水泥混凝土板块的支承作用。其主要目的是利用旧水泥混凝土做基层,减少施工时清除旧路面的作业量,由于对旧水泥混凝土路面磕块的“再生利用”,因而可以减少维修时间、降低成本、保护环境。

在实际施工作业中,美国采用“打裂缝落板式破碎机”(或称侧裂机)来打裂旧混凝土路面,如图10.119]。落板式破碎机的破碎宽度是1500~

1800mm,板质量5500~6000kg。根据具体情况每次的打裂间隔为450~750mm。压稳采用质量32000~45000kg的轮胎式压路机,轮胎接地压力控制在700kPa,碾压5遍。表10.1为目前国内已经引进的美国8600型混凝土路面打裂缝机技术参数。也可用冲击压路机打裂-压稳如图10.2,图10.2为美国加州99号高速公路采用Impactor2000冲击压路机罩面前的打裂和压稳,冲击压路机以每小时10公里的速度打裂和压实1遍,原25cm厚水泥混凝土路面每隔1m至1.5m出现发裂的情况。


四川都江堰打裂压稳旧水泥混凝土路面改造技术

图10.2IMPACTOR应用在公路罩面前的打裂

8600型混凝土路面打裂缝机技术参数[9]表10.1

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理论上的分析研究和实际施工情况都表明,冲击压路机的打裂-压稳施工,与“打裂缝落板式破碎机”和常规压路机联合作业施工的效果近似。从技术理论上讲,打裂-压稳可以延缓水泥路面反射裂缝的产生,并可以充分利用原有路面基础的强度,沥青混凝土面层的铺层厚度可以减少,一般在100mm左右。这种工艺降低了重修道路的工程成本。据国外报道,由于被打裂的板块尺寸和裂纹深度控制不一致,该工艺还不能完全实现消除反射裂缝。

二、施工工艺"

打裂压稳方法的施工顺序和相应的质量控制方法如下:

(1)侧裂前洒少量的水以协助检查侧压前后裂缝的纹理变化;

(2)用侧裂机侧出横向裂纹,测量横向裂缝的间距和纵横裂缝的纹理;

(3)从裂缝处混凝土取芯,检查裂缝的深度和宽度;

(4)用压路机碾压侧裂的混凝土,记录碾压前后裂缝纹理的变化情况和碾压次数;

(5)用落锤式弯沉仪(FWD)测量侧压后混凝土的弯沉,计算开裂混凝土层的弹性模量。正式实施打裂压稳前必须先在试验路段调校侧裂机的各项参数,并测量侧裂混凝土的各项技术指标。

1.侧裂

侧裂机必须能对水泥混凝土路面产生可变的冲击荷载,并在路面侧出所需要的横向裂缝。旧水泥混凝土路面的抗压强度与侧裂缝的间距须满足规范要求。侧裂机必须一次打出裂缝,而且对路表面不会产生其他损坏,也不会产生多条裂缝,更不会对下层或相邻的结构层产生破坏。

英国规范规定,侧裂机产生的横向裂缝必须垂直于路表面,宽度小于0.5mm,且贯穿混凝土板深。侧裂横向缝的间距一般为1~2m,因震动而产生的纵向裂缝长度必须小于横向缝的间距。如果侧裂机侧头的宽度小于混凝土板宽,则必须在该板块的对齐位置加侧一次。

2.取芯

英国规范规定,侧裂后每300m2路面必须至少取芯1次,取芯的位置应选择在侧裂混凝土板的裂缝处,以观察裂缝是否垂直于路表面,是否贯通混凝土板深。侧裂的施工进度不能超过合格取芯孔往前100m,抽取新孔后再继续往前施工。取芯孔必须用类似的材料填压,而且每次压实的厚度应小于50mm。

3.压实

压实的目的主要是进一步消除反射裂缝的影响,并且保持足够的基层强度。侧裂的混凝土路面可以用多轮轮胎压路机碾压。英国规范规定,气轮压路机应至少碾压6次,压路机的自重必须大于12t,且各轮的重量应均匀分布,相邻轮的叠压距离要大于40mm。压路机轮胎的内压力应能提供规定的地面接触压力(最小值为550kPa)。碾压前必须记录裂缝的纹理,碾压完成后再比较纹理的变化。

4.钊压试验

侧压试验的主要目的是在试验段调试设备的各项参数,确定侧裂缝的间距和碾压的次数。

英国规范规定,试验段的面积宜介于250~420m2,且应选择至少4块相邻的混凝土板。侧裂试验完成后应至少取芯5次,且每块混凝土板应取芯1次。试验段侧裂前和侧裂后还必须用落锤式弯沉仪量测弯沉。如果水泥混凝土面层或基层的强度或其他物理性能不满足设计要求,则须调整侧压设备的参数。

5.剑压施工

侧裂试验的各项技术指标验收合格后才能进行打裂压稳施工。侧裂施工须按侧压试验确定的间距进行,碾压次数也须采用侧压试验确定的次数。施工过程中承建商应随时检查裂缝的纹理并做好施工记录。每块板的裂缝纹理(包括表面损坏、纵缝长度等)、横缝间距、碾压次数等都必须满足设计要求。英国规范规定,如果连续4块板的纹理变化与试验段记录的资料相差较大,则必须调整侧压机的参数,并重新进行侧压试验。

打裂压稳施工完成后,应在开裂的混凝土表面洒上沥青透层,然后铺一层沥青/橡胶薄“隔离层”,最后再铺沥青面层。

三、工程实例…

英国Abatech国际有限公司对M11高速公路实施了打裂压稳技术改造。通过取芯和地面透视雷达测量,该路段面层为厚300mm的水泥混凝土,基层为厚100mm的稳定类碎石,土基的CBR值介于2%~3%。该路段水泥混凝土的平均弹性模量为23578MPa,第15位(按百分比计算)弹性模量为17451MPa。根据以往的经验,水泥路面的强度在打裂压稳后损失约50%。假设安全系数为2,则侧压后的混凝土弹性模量约为4000MPa。

该路段原计划将旧水泥混凝土路面挖除后,加铺1065mm厚的柔性路面(见表10.2)。

Abatech建议采用强度为4000MPa的侧裂混凝土作为基层,并建议沥青加铺层的厚度为150mm(见表10.3)。各结构层的材料力学性能见表10.4。由此可见,采用打裂压稳方法处理水泥路面可大量节省工程成本。

M11原设计路面结构表10.2

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M11侧压改造的路面结构表10.3

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M11材料力学性能表10.4

四川都江堰打裂压稳旧水泥混凝土路面改造技术

美国佛罗里达州1993年前后在I-10公路实施了7次打裂压稳水泥混凝土路面改造。这些路段的原水泥混凝土路面结构见表10.5,改造后的路面结构见表10.6。佛罗里达州有关部门2000年调查了14段已完成的打裂压稳施工路段,各路段的服务年限均超过7年。调查结果显示:

I-10原路面结构表10.5

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I-10侧压改造的路面结构表10.6

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(1)各路段的平整度均达良好以上;

(2)绝大多数路段的最大车辙深度小于6mm;

(3)大部分路段没有出现明显的裂缝,2条路段在第5年后裂缝开始增多;

(4)为了减少反射裂缝,这些路段都在混凝土与沥青之间加铺了沥青/橡胶薄层,效果良好。

打裂压稳技术的主要缺点是路面高程要提高,而且一般要在混凝土和沥青层之间加铺沥青/橡胶隔离层。对于破坏程度不大的水泥混凝土路面,为了节省资金,可以考虑采用打裂压稳并加铺沥青路面的方法改造,沥青层的厚度可选用100~175mm。


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