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四川威远县混凝土破碎研究总结

2019-05-14 混凝土破碎 788 次 0 评论

四川威远县混凝土破碎研究总结

基于以上工作,本书对冲击碾压改建技术进行了一个相对完整的研究和探讨,概括起来得到如下结论:

1)冲击碾压破碎改建操作简便灵活、施工进度快、机械化程度高、劳动强度低、施工成本低、保护自然环境、节约资源、效果好,且具有显著的社会经济效益。具体可体现在如下几方面:

(1)击碎比挖除和传统的破碎工艺造价降低(每平方破碎只需5~8元,传统破碎则每平方在25元以上),施工速度快(200~300m/h);

(2)代替垫层;

(3)可补充压实路基,消除结构性病害;

(4)路面结构整体性好,由于底部支承刚度加大,根据测算可减薄路面厚度2cm左右;

(5)没有弃方,无需征地,保护环境;

(6)不阻断交通。

2)对破碎旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土路面或水泥混凝土路面厚度的确定,一般可以以取得的经验为借鉴,根据现行相关设计规范,依据实际的回弹弯沉值和回弹模量,实测交通量及其轴载构成来确定加铺层的厚度。

采用破碎面板+基层+水泥混凝土面板的结构,路面结构整体效果良好。破碎水泥混凝土路面的沥青路面加铺层结构设计则相对复杂。沥青层的合理加铺厚度确定、以及破碎板块之间的弯沉差对于沥青面层长期性能的影响如何是一个复杂的问题。另外美国最新的研究发现[0],断裂压稳水泥混凝土路面层可以作为一个良好的排水层。上面加铺沥青面层的透水性,对于破裂路面直接加铺沥青层的路面结构中水流动的特性有较大影响,加铺透水性高的沥青基层或Superpave面层会导致显著大量的水渗流到路面结构中,在路面设计时必须考虑路面的排水问题,否则会影响路面的性能。

水泥混凝土路面的沥青加铺层设计的一般经验设计方法是,对不同的公路等级或交通水平限定最小厚度要求,沥青加铺层的最小厚度是基于道路的服务水平、道路等级以及延缓反射裂缝的发生速率综合确定的。如果旧水泥混凝土路面的结构强度很低,板已经失去整体性,或已经有大面积的脱空存在,此时,仅有沥青混凝土加铺层是不能提高路面结构的整体强度的,必须采取措施,首先提高路面结构的整体强度,然后加铺沥青层。

3)冲击碾压破碎改建相比碎石化技术,虽然施工费用最低,但工作效率不如碎石化技术,特别是对周围建筑物和公路沿线构造物动力影响大,在居民聚集区,应用受到限制(在我国沿线居民喜欢邻路建造房屋),而此时碎石化则更具适用性。

另外,随着道路冲击碾压改建的完成,旧路质量会越来越好,路面高程也不可能一味加高。因此,可以预见今后水泥混凝土的骨料再生技术、打裂压稳技术会逐渐发展起来。因此,发展多种改建方式,综合选择是未来公路改建发展的趋势。另外冲击碾压破碎、碎石化改建均属于重建,在旧混凝土路面较好的情况下要慎用,充分利用旧路、确保经济性、减少浪费。在路段存在严重的结构性病害或结构强度已无利用价值的条件下,才可选择改建的方式。

4)由于冲击旧混凝土板需要足够的能量,而且破碎效果受地基刚度影响显著(地基刚度越大,越难破碎)。因此,冲击压路机的能量和选型非常重要,研究表明,同样的冲击能量下,四楞冲击压路机破碎效果优于五楞压路机,三楞压路机由于接触面积大,不适合破碎工程。冲击压路机静态能量应在25kJ以上。为增强破碎效果,可在压实轮上焊凸块或钢筋的方法,增大接触压强,或采用预先对路面冲孔,降低路面板的整体性的方法。

5)针对冲击碾压破碎定义了影响深度和有效压实深度两个概念,冲压影响深度主要与施工安全有关,借用路基工作区的概念,即冲击附加应力与自重应力之比大于0.1~0.2以上的区域。分析本文试验和理论数据,可以发现,一般情况下,冲击碾压改建时影响深度一般在距板面4m深度范围内。

有效深度的概念与压实效果(使土基产生塑性变形的区域)有关,冲击碾压改建水泥路面时对旧路基的压实深度范围在0.5~1m之间。

6)可以通过孔隙率的变化和压实深度范围,粗略计算路面的沉降量S范围,如下式:(en一e缴)h5=(1+e缘

式中,ex为最终压实孔隙比,ey为未压实的土基孔隙比,h为压实土层厚度。可以看到,路基的最终沉降与初始路基的孔隙率(及紧密程度)、冲击能量、压实深度均相关,而冲击能量、压实深度与冲击压路机的能量、机型、旧路面的结构强度、碾压遍数、路面破裂程度这些因素均相关,因此很难规定一个统一的沉降标准来规范各地情况。

即使规定零沉降标准,也是和机型、冲击能量、路面结构相关的。因此,要很好的补充压实路基,保证冲击压路机有足够的冲击能量、破碎后继续碾压是非常重要的。

另一个方面也说明,冲击碾压具有一定的检测性;同样的冲击条件下,如果路基沉降很大(或者破裂后陡然沉降),则过去此处路基欠压实,对于沉降过大的路段,还应具体分析原因,进行相应处理,避免留下病害隐患;如果对于石质挖方地基,即使冲击多遍也很难有沉降,因此此时应该以破碎尺度为标准,而且不宜和填方路段破碎粒径尺度一致,因为很难破碎达到。

7)总的来看,各地路况不同,冲击破碎后路面顶面回弹模量变化很大(100~900MPa),这是因为该回弹模量与旧路基层顶面模量(支承刚度)有较大相关性,不同路段、不同填挖方特性冲击破碎后路面顶面回弹模量会有很大不同。

本文认为一般情况下,冲击破碎后路面的回弹模量能够满足垫层的要求,保证同一路段弯沉或回弹模量的均匀性,对于加铺路面结构的长期性能(特别对于沥青加铺结构)至关重要,本文认为某种程度可以适当舍弃路面结构的残余强度,减小弯沉差,而保证均匀性。

破碎状态下路表弯沉与回弹模量之间的关系随板块尺度、加载位置变异性较大,实际工作中换算操作困难,宜作为参考指标。

8)对于填方路段和正常刚度路基,存在施工效率、路面残余强度、防治反射裂缝效果最优的路面破碎尺度。这个有待下一步结合现场施工功效、现场检测和道路长期性能观测综合研究确定。

9)实际工程中,控制碾压遍数和破碎尺度最简便有效,但控制指标的确定最好针对具体情况,先进行试验段施工,对比参考沉降、回弹模量等参数的变化然后综合确定,突出区域性特点,尽量找到施工效率、路面残余强度、防治反射裂缝、均匀性等效果均最优的破碎尺度,保证施工质量。

对于不便做试验的路段,本文推荐参考破碎尺度指标如下:

存在结构性病害路段:

(1)填方路段和一般土质挖方路段控制粒径全幅60%以上小于30cm,最大粒径小于60cm。

(2)石质挖方路段:全幅60%以上小于60cm控制粒径,最大粒径小于100cm。

对于非结构性病害路段:

(1)填方路段和一般土质挖方路段控制粒径全幅60%以上小于40cm,最大粒径小于60cm。

(2)石质挖方路段:全幅60%以上小于80cm控制粒径,最大粒径小于120cm。对于冲碾25遍后仍达不到规定要求的,或不能贯穿打裂板块、同时表面混凝土又出现粉碎剥落现象时,应停止冲碾,分析冲击压路机的冲击能量,机型是否合适,并考虑采用在钢轮上焊接钢筋和凸块等增加压强等辅助方法。

10)开始破碎时,四种工况条件下(板中、横缝中部、纵缝中部、板角),板角处最易破碎,板中最均匀,板边路线较易破碎,板中路线较均匀。路基支承刚度低时,在足够的冲击能量下,板中路线破碎面积较板边路线更大。

因此,针对不同的机型和路况条件(地基刚度不同),应选择相应的行走路线。路基刚度大,不易破碎时,可先沿板边行式,逐渐向中部推进,各个击破。如果路基偏软,为增加工作效率,加大破碎面积,可以首先沿中部行驶。以上最好先试验效果,再确定。

11)随着冲击遍数加大,冲击破碎对路基的影响深度亦加大,但逐渐收敛,沉降亦趋于稳定。不同的车速条件下,快速明显比慢速对路面结构的影响冲击力大,正常施工时要保证正常的车速,以确保冲击质量。局部存在敏感构造物时,也可以利用这项特性,在保证能破碎的前提下,慢速行驶多遍冲击。

12)根据测试结果发现,相比直接冲击碾压路基,冲击碾压破碎旧混凝土路面的动土压力量级大致只有前者的1/10。动土压力具有瞬态冲击特性,冲击压路机附近的土基动压力有叠加爬升现象。

冲击压路机引起的动土压力水平影响范围大致在3~8m之间,横向3m范围、纵向10m范围以外,动土压力影响下降的很快。

13)冲击碾压所产生的地基振动主频率大多数处于10~45Hz,在震源附近会存在(0~2Hz)独立低频段。从相似的角度来说,可以借鉴强夯、地震的动力研究方法,来分析冲击碾压的动力响应问题。从区别的角度(频谱、量级、作用时间、特性等)也说明,直接套用地震烈度表、爆破安全规程或沉桩振动控制的技术标准来评价冲击碾压振动的危害程度是不科学的,必须结合具体震源情况分析。

研究认为,考虑冲压振动对周围构筑物的安全影响,可以以径向加速度小于0.1g,垂直加速度小于0.2g或振动速度小于1cm/s作为接受判断指标。

考虑人的感受,指标将更加严格,本文经过综合比较,并考虑频率范围影响研究认为,可取值振动速度5mm/s为控制指标。

本研究认为从对建筑物的影响来看,在普查无临界状态房屋条件下,结构安全距离为15m,考虑对人的振动影响安全距离为20m。

14)冲击振动的传播随距离的增大而衰减,一般在10m以内衰减较快,振动的衰减程度随道路两侧地面表面及路基土质的不同而异。在道路边沟位置附近设置隔振沟对冲击振动的隔振作用显著。

15)在冲击碾压施工前,应对沿线挡土墙进行充分调查,避免冲击已处于临界状态的挡土墙。研究结果表明挡土墙,冲击碾压施工时,横向安全距离控制在2.5m为宜。算例和工程实例分析表明,冲击碾压振动引起的挡土墙的累计位移量级很小。根据有限元计算结果判断,在冲击荷载作用下,对于跨径2.0m的钢筋混凝土盖板涵,当上覆土厚度小于4.8m(包含路面结构厚度)时,正常设计的盖板涵会因冲击荷载的影响而不安全。依据路基工作区的概念,在冲击荷载作用下,对于钢筋混凝土正交盖板涵,当上覆土高度大于4m时,可以直接在上面进行冲击碾压施工。

对于上覆土高度在3~4m之间时,冲击碾压施工时要对涵洞保持至少2.5m的水平安全距离;当上覆土高度小于3.0m时,对涵洞的安全距离宜为2.5~3.5m。

本研究推荐涵洞上覆厚度大于4m的情况下,可以正常施工。

16)通过总结国内试验路段结果可以发现,冲击破碎路面加铺沥青面层的结构效果较加铺水泥混凝土路面结构层复杂,直接在破碎层上加铺沥青面层效果不佳(即使有辅助措施),一般来讲设置水稳基层是合适的,必要时还可以设置中间防裂层,沥青路面的合理厚度和最小厚度确定对于加铺路面结构性能也是非常重要的。

17)利用落锤式弯沉仪对福建省福州段冲击碾压、置换板法、普通机械击碎压稳三种改建加铺路段进行了检测对比发现,采用破碎面板+基层+水泥混凝土面板的结构,新修面板对破碎板块尺度不敏感,路面结构整体效果良好,较传统改建方法修复质量有了很大改善。冲击碾压破碎改建目前在我国破碎化改建施工方法中,造价最省,施工最简便,还可以补充压实旧路,消除旧路病害,具有良好的应用前景。

但也应该看到,冲击碾压施工会对沿线有较大的噪声和动力影响,还会加高改建路面的高程,属于重建。因此,在选择使用时应该做到有理有据,注意安全,合理施工。

基于以上结论,本研究形成了一个对于冲击碾压破碎改建技术的基本认识,但也应该看到,毕竟此项技术在我国的应用时间还很短,另外,冲击碾压技术应用领域也在不断扩大,而我国各地的土质状况与自然条件差异又较大,因此还有许多工作要做,许多方面有待在实践中进一步检验和深化。

例如:

(1)路面破碎最优尺度和均匀性要求研究;

(2)冲击碾压改建加铺路面结构的长期性能和适用性研究;

(3)不同尺度下的施工行走路线与最佳碾压遍数研究;

(4)冲击碾压对各种路基土的压实机理、特性、适用性研究;

(5)选择采用冲击碾压改建技术的养护依据标准,全寿命费用分析研究;

(6)冲击碾压对沿线构筑物的振动影响特性与规律、减震隔振研究等。

这些问题都有待更深入的实践和研究。面于时间和作者认识水平,本书的研究必定十分粗浅,作为“抛砖引玉”,还请读者老师批评指正。

最后,作为本书结束和研究的一个小结,本文基于以上研究认识,并吸收国内外已有的经验和成果[52],提出了一个指导冲击碾压破碎改建施工的简明工艺,作为理论研究与实践相沟通的桥梁,供现场技术人员施工时应用参考。


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