近几年,随着我国经济快速发展,交通量快速增长,特别是超重车辆的增多,路面出现各种病害,且发展迅速,严重削弱了路面结构强度,降低了道路的服务水平,致使早期修建的大量水泥混凝土路面进入了大修改造阶段。采用哪一种技术方案对水泥混凝土路面进行大修改造,特别是如何充分利用现有路面结构剩余强度,国内外许多道路管理部门和研究机构进行了大量的研究。多锤头碎石化技术凭借着就地破碎、工艺简单、碎石化后经碾压形成稳固基层结构、施工速度快、节省路面大修投资以及注重环保等优点,已成为旧混凝土路面大修改造的技术方案之一.
随着项目沿线地区社会经济的快速发展,道路也承受着繁重的交通荷载,特别是超载车辆增加,导致路面破损状况进一步发展,出现了短板、错台、沉陷等病害,严重影响了道路的通行能力和服务水平。
路面使用状况检测结果显示,本项目大多路段路面断板率大于30%、面板脱空率约44.6%左右,旧水泥混凝土板弯拉强度标准值为4.82MPa.经有关主管单位批准,管养单位决定对该路段路面进行大修。大修工程路面设计技术方案如下:将现有旧混凝土路面进行碎石化、碾压形成稳固强度后,加铺2cm乳化沥青封层,再加铺26cm水泥混凝土面板。旧混凝土板碎石化后经碾压形成稳固结构层作为大修后路面基层,基层顶面设计当量回弹模量为126MPa.
多锤头碎石化技术特点多锤头碎石化技术是通过专用设备一次性破碎旧水泥混凝土面板,破碎后其颗粒粒径小,力学模式趋向于级配碎石,因而将其命名为碎石化。碎石化并经振动碾压后旧混凝土路面结构不仅具有一定承载力,而且具有有效防止或限制反射裂缝发生、发展的作用。实施多锤头碎石化主要设备有多锤头破碎机和Z形格网式单钢轮振动压路机。
多锤头破碎技术是通过多个锤头不停的上下起落,对路面形成连续的锤击作用,在锤头的提升过程中,液压系统提升锤头使锤头产生势能,在锤头下落的过程中,势能转化为动能,对路面产生锤击作用使旧路面板破碎。
碎石化采用与多锤头破碎机配套使用Z格网式型压路机,其作用是进一步碾压碎石化后的旧路面,对破碎后的路面进行补充破碎,从而确保碾压效果和表面平整。施工过程中,采用振动压实作业,使破碎后的水泥混凝土块形成内部嵌挤、高密度、高强度结构的新结构层。
多锤头碎石化施工工艺.施工前准备工作碎石化施工前先对旧水泥混凝土路面破损状况进行调查,以确定碎石化施工工艺。同时,需先对施工路段的敏感的构造物进行标识、旧路特殊地段进行处理以及做好施工期间交通管制工作等。
标识沿线构造物对采用多锤头破碎机破碎的路段,因锤头下落引起的震动,对特殊构造物(小桥、涵洞等)的安全使用性能造成很大影响。因此,需对构造物顶部及两侧旧混凝土板采取挖除换板或其它处治措施进行处理,而对于对沿线不同距离的路边建筑物或不同埋深的管线等,采用不同标志的红色油漆标注清楚,分别使用不同的破碎能量施工,以确保其安全。
对特殊路段进行处理在破碎之前应先修复软弱基层和底基层,对混凝土路面存在其他缺陷的路段,如沉陷、错台、翻浆等应清除后采用级配碎石填充并压实。
做好交通管制及分流工作根据路面大修工程施工期间交通组织设计方案,结合项目实际施工进度计划,进行交通分流,以确保交通顺畅以及施工安全。
碎石化施工设备参数确定本文采用多碎石化设备为国产化的自行式多锤头破碎机,其后携带8对重锤呈两排分布,后排重锤对角装配在前排重锤间隙中心。重锤的重量为800~900kg,破碎频率为20~40次/min,每对重锤由单独的液压控制系统控制,能够以相同的行进速度和不同的提升高度、频率对路面进行冲击破碎。经试验路试验后,确定多锤头破碎机技术参数,如所列。
旧混凝土路面破碎后,采用Z型钢轮压路机进行振动压实,再采用光轮压路机进行振动压实。其中,Z型钢轮压路机自重为18t,光轮压路机自重为多锤头破碎机施工主要技术参数锤头数量/个破碎宽度/m落锤高度/cm锤重重量/kg工作速度/(mh-1)破碎频率/(次min-1)1641.1800~90090~10030~3513t.振动压实时,Z型钢轮压路机采用高频高幅,光轮压路机采用高频低幅。
碎石化施工技术要点在完成各项施工准备工作后,将多锤头破碎机行驶到施工区域内,破碎旧混凝土路面1遍,再用Z型钢轮压路机振动压实3遍,之后用光轮压路机振动压实2遍。
多锤头破碎机进行破碎:先破碎硬路肩,然后破碎主车道。两车道破碎要保证15cm左右的搭接宽度。同时,在破碎路两侧路肩时可适当降低锤头高度,减小落锤间距,既保证破碎效果,又不至于因破碎功过大而使路肩破碎过度。多锤头破碎机行走时,还要注意用横杆保持破碎位置,并根据旧水泥混凝土路面的强度差异随时优化调整行进速度、落锤高度、频率等参数,尽量达到路面破碎粒径均匀。
施工质量控制
检测内容及方法根据路面大修设计方案,碎石化后的旧混凝土路面作为加铺水泥混凝土路面的基层,其碎石化施工质量将直接影响着本项目路面结构设计。若质量控制不到位,可能使新建路面结构强度趋于偏危险状态。因此,对碎石化旧混凝土路面进行检测,是控制路面施工质量的重要措施之一。结合相关研究成果和实践经验[2],确定碎石化后旧混凝土路面质量检测项目,检测项目为碎石化层的粒径范围与碎石化后旧路面整体强度检测。
碎石化层的粒径检测方法:在施工区内随机选取不少于2处/km,每处试坑开挖面积约1m2的(应避开有横向接缝或工作缝的位置),试坑应开挖至旧混凝土底部,以能在全深度范围内检查碎石化后的颗粒是否在规定的粒径。碎石化旧混凝土路面顶面当量回弹模量和弯沉检测按JTGE60-2006规定的方法进行测试[3]。
施工质量控制标准碎石化后粒径检测碎石化后旧混凝土路面结构由板体结构转变为松散体结构,其结构强度由碎石化后碎石级配相互嵌挤形成,级配组成情况将对路面强度均匀性产生较大影响,为保证碎石化后旧混凝土路面整体强度等:多锤头碎石化技术在水泥混凝土路面大修中的应用均匀性。对碎石化后旧混凝土的粒径大小进行检测,按照一定检测频率对破碎后的水泥混凝土层开挖试坑,试坑开挖至基层,验证其破碎后的粒径大小,其质量控制标准如所列。
对承载板法实测顶面回弹模量检测点进行贝克曼梁弯沉值检测,根据检测结果,可以得出顶面当量模量与弯沉关系,如。
碎石化后旧路顶面当量回弹模量与弯沉的关系由此回归得出顶面当量模量与弯沉关系式:l243336Et-1.6227(相关系数R20.835,测点n12)本项目碎石化旧路顶面当量回弹模量设计值为126MPa,由上述换算公式可计算出碎石化旧路顶面回弹弯沉验收标准为不大于95(0.01mm)。
碎石化路段检测结果按照前述碎石化施工工艺进行破碎后,对碎石化旧混凝土路面进行粒径、顶面当量回弹模量和顶面弯沉进行检测,检测结果如~所列。
碎石化后的旧混凝土破碎粒径检测结果序号粒径范围平均值/mm标准差/mm变异系数代表值/mm1表面*大粒径696.60.1073.7215cm内的*大粒径206540.26210.33旧板板底*大粒径34082.70.24373.4注:根据现行规范和项目实际情况代表值保证率取75%.
碎石化路段路面顶面当量回弹模量检测结果路段测点数量/个平均值/MPa标准差/MPa变异系数代表值/MPa路段113246800.325144路段211209530.253142路段315244810.332141注:根据现行规范和项目实际情况代表值保证率取90%.
由~检测结果可见:1)碎石化后自上往下旧混凝土板破碎粒径由小变大,其中以中间部位的粒径范围变异*大,底部次之,上部*小,这与多锤头破碎机锤头作用力大小有直接的关系,上部受力*大,底部*小,而中间受力状况则受到上部破碎情况和基层强度的影响。
2)各路段碎石化路面顶面当量回弹模量代表值满足设计要求。顶面当量回弹模量和和弯沉值变异水平较大,这是由于碎石化后旧混凝土板由板体结构转化为松散体结构,整体强度降低,其强度大小也受到碎石化后的旧混凝土粒径大小和级配类型的影响。
3)各路段碎石化路面碎石粒径大小均能满足上述技术要求,其顶面当量回弹模量和弯沉均能满足设计要求。
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