旧水泥混凝土路面碎石化技术应用

旧水泥混凝土路面碎石化技术应用主要内容内容碎石化技术概述MHB碎石化技术适用条件试验路验证碎石化后加铺层的设计MHB施工质量标准碎石化的施工工艺及质量控制方法碎石化前路面状况调查一、碎石化技术概述1.碎石化概念：•碎石化技术起源于20世纪80年代的美国，由于破碎后其颗粒粒径小，力学模式更趋向于级配碎石，故称为碎石化。水泥混凝土路面碎石化是一种旧水泥混凝土路面破碎处治技术，是对旧水泥混凝土路面大修或改造的重要手段。•旧水泥混凝土路面破碎处治技术有：打裂压稳、打碎压稳和碎石化。•实施碎石化的主要设备有MHB类设备和共振式设备。但是由于共振式设备破碎程度较高,破碎后颗粒粒径更小,因而板块强度损失失也较大,需要加铺的路面结构要求更高,不够经济,因此MHB逐步成为主要的设备。一、碎石化技术概述2.常用的破碎设备:(1)冲击压实机械冲击压实机械是冲击压实技术的主要施工机械。冲击压实技术具有运行速度快，施工工序少、工期短、成本低，应用范围广等特点，能够提高路基强度、稳定性和均匀性，防止不均匀沉陷而造成的路面破坏。但是经破碎后实测回弹模量的均匀性与路面稳定性差。五角形蓝派冲击压实机三角形蓝派冲击压实机一、碎石化技术概述(2)打裂压稳和打碎压稳设备•打裂压稳（BreakandSeat）和打碎压稳（CrackandSeat）设备是国外常用的水泥混凝土板块破碎设备，也都是通过重力势能工作，一般是门架式设备，通过钢梁的下落达到破碎的目的。该技术可以延缓加铺沥青混凝土面层反射裂缝的出现并充分利用原路面的强度。Badg门架式破碎机一、碎石化技术概述(3)共振（单锤头）破碎机械•共振式破碎机利用振动梁带动工作锤头振动，锤头与路面接触。通过调节锤头的振动频率，使其接近水泥面板的固有频率，激发其共振，将水泥混凝土面板击碎。RB500型共振式破碎机共振式破碎机施工一、碎石化技术概述(4)多锤头碎石化（MHB）机械设备•MHB（Multiple-HeadBreaker）是一种多锤头破碎设备，利用设备所带多个重锤的重力下落对水泥混凝土路面板进行锤击破碎，并配合有“Z”字花纹碾压轮的震动压实机对破碎后路面震动压实。多锤头破碎机“Z”形压路机一、碎石化技术概述•3.各种破碎工艺综合评价评定指标改造技术施工速度工程造价路面板材料再生利用率旧水泥路病害处理程度工程适应性多锤头破碎技术好好最好最好好共振碎石化技术最好一般最好好一般打裂压稳技术最好好最好较好较好冲击压实技术最好好较好一般较好一、碎石化技术概述评价级别最好好较好一般得分情况107.552.5评价指标施工速度工程造价材料再生利用率病害处理程度工程适应性权值0.20.30.20.20.1上述旧水泥路面改造技术的综合评定实行十分制，评价基本得分下式计算：权值排名得分评价基本得分＝根据五项指标要求，对每种工艺逐个指标进行评价，评价级别与得分对照情况见表1，因为每项指标在旧水泥路面改造工程中的重要程度不同，其权重也不同，五项指标的权值见表2。表1评价级别与得分对照表表2指标权批分配表一、碎石化技术概述改造技术多锤头破碎法打裂压稳破碎法共振式破碎法冲击式破碎法评价基本得分8.57.756.56.25可以看出，在水泥混凝土路面碎石化技术的适用范围内，多锤头破碎技术的得分最高，为8.5分，效果良好。效果最差的为冲击式破碎技术。因此，在同样的工程条件下，旧水泥路面改造技术优先选用多锤头破碎技术。一、碎石化技术概述4.碎石化技术的主要优势•(1)碎石化后,可以直接做为新路面结构的基层或底基层。如果旧水泥混凝土路面破碎后具有较高的强度，能够满足承载力的要求，可以直接做为路面基层直接加铺路面层。•（2）碎石化技术比传统技术可以减少直接成本10～20%，可以减少间接成本50～80%，减少综合成本30～50%。一、碎石化技术概述•(2)施工简便不必全封闭交通，改造周期短，综合造价低，可延长路面使用寿命10年以上。施工时，对路面标高影响小，对当地群众不会带来不便。•(3)可就地再生，环保无污染。有效利用了原有水泥混凝土路面，避免因清除旧混凝土路面板而造成的环境污染。噪声污染小，多锤头混凝土破碎机在破碎过程中冲击振动和噪声较小，一般不会对附近居民产生太大影响。是旧水泥混凝土路面翻新改造的理想办法；一、碎石化技术概述4.国外应用状况•碎石化技术最初是为了便于清除水泥混凝土路面和分离路面中的钢筋，第一次真正用于热拌沥青(HMA)罩面的水泥混凝土路面破碎项目的完成是在1986年美国纽约。•碎石化技术最早为美国亚拉巴马州交通局用来处理损害较重的混凝土路面。迄今为止该州已有约3000km混凝土路面经由现场碎石化处理。目前美国有26个州的交通局制订了混凝土路面碎石化的规范。一、碎石化技术概述•美国第85号州际公路(南加利福尼亚州内)的修复工程中采用了碎石化技术，沥青罩面层的设计厚度为20cm，于1998年施工。施工过程中，在正常的交通条件下沥青罩面层产生了严重的车辙。后经调查发现，是由于下卧层失去了混凝土板承担和分散荷载的作用，因而造成碎石化后的土基强度变得更弱所引起。因此，进行碎石化前土基的强度很重要。•加拿大安大略省则从2000年开始逐步采用该项技术处理混凝土路面。当年就在牛津郡作了两条长度分别为26.4km和14.2km的路面。一、碎石化技术概述•国外碎石化遇到的问题：密执安州对所作的碎石化处理项目进行了评估总结：有大约47％～67％的5年新的碎石化处理沥青加铺层路面需要维修，有大约67％～87％的5年新的水泥混凝土加铺层需要维修。一、碎石化技术概述5.国内应用状况•我国的旧水泥混凝土路面破碎技术起步较晚，1995年首次从南非引入了蓝派冲击压实设备。此后我国路面破碎技术相继出现了打裂压稳和打碎压稳。直到2002年才从美国引入MHB（多锤头破碎机）型路面破碎设备，该设备对水泥混凝土路面的破碎则属于典型的碎石化工艺。由于起步晚，国内尚缺乏相关的研究。国外的大量研究表明，打裂压稳并不能完全消除反射裂缝，只能延缓其出现的时间。而碎石化则由于其优异的破碎效果，能很好的防止反射裂缝的出现。一、碎石化技术概述•山东省交通厅公路局于2002年率先引进了这项技术，并在山东省境内205国道和京沪高速公路段上进行了试验性应用，至目前为止试验路段运行情况良好。•广东、福建等省也相继引进了“碎石化处理技术”，经过多年的实践，在多条旧混凝土路面改造应用中取得了良好的效果。在广西南宁至百色二级公路(隆安段)中，也应用了这一技术。经过两年多的行车检验，路面状况良好，没有发现车辙、裂缝等不良病害。一、碎石化技术概述•广西区公路管理局对广平二级路进行了改建加铺沥青面层。根据对目前旧混凝土路面各种破碎处治技术的对比分析和平百路的地形条件与破碎工程量，确定采用多锤头破碎技术对旧混凝土路面进行碎石化破碎处治。经过试验路段的试验和全线的破碎应用，这种破碎技术在广西取得了良好的效果。并且有关部门组织推出了《水泥混凝土路面再生利用施工指南》。一、碎石化技术概述•2006年金山大道大修工程，对共振碎石化这一新工艺施工控制进行研究和总结。金山大道始建于1989年，为二级公路城镇段标准，设计车速60km/h。金山大道碎石化采用美国安迈公司生产的PB50O(ResonantPavementBreaker)型共振碎石化机械设备。•金山大道2006年7月改建，同年10月通车，经过大修后，整个道路面貌焕然一新，路面平整度IRI＜2.0m.km/每车道，使用至今，路面各种技术状况良好。二、MHB碎石化适用条件•1.MHB碎石化的基本适用条件•（1）水泥混凝土路面有大量病害：错台、翻浆和角隅破坏等达到总接缝长度的20%以上；•（2）板块出现开裂、断板或下沉，需要修补的面积达到路面总面积的20%～70%；•（3）水泥混凝土路面基层及面层厚度超过33cm；•（4）20%的路面面板已被修补或需要被修补；•（5）混凝土路面断板率介于20%-45%；二、MHB碎石化适用条件•不适宜用MHB碎石化的情况:•①旧路改建中遇到的挡墙、桥梁和涵洞等的承载力不足以承受再生设备荷载需加固的路段；•②公路近旁有敏感建筑物或设备（安全距离小于5m）不能经受再生设备引起的地面振动路段；•③路面以上受净空限制，不容许加铺新路面的路段。二、MHB碎石化适用条件•3.进行碎石化的必要技术条件:只要旧水泥混凝土路面满足下表就可以进行碎石化技术进行重建改造。而其它因素如：断裂程度、接缝损坏、表面裂缝等不是决定使用碎石化技术的必要条件。相关指标土基CBR基层稳定情况板体材料界限或性能＞5基本稳定未出现松散二、MHB碎石化适用条件碎石化技术注意问题：（1）水泥混凝土路面破损程度决定了其碎石化施工的料径控制和工艺要求。对于损坏严重的水泥混凝土路面，必须判断其基层状态。一般情况下，基层破坏程度越高，破碎后粒径越小。（2）水泥混凝土路面基层的破损程度是判断严重病害路面是否可用碎石化工艺的重要标准；当基层严重破坏时，碎石化后将导致模量降低，沥青面层容易疲劳损坏。（3）排水设施是碎石化的必需辅助工程。完善的排水设施是防止碎石化后沥青加铺层再次发生水损坏的重要措施。三、碎石化前路面状况调查•1.路面状况调查旧路路况调查路面破损状况调查路面状况指数PCI断板率DBL路面结构强度评价脱空板情况判定弯沉测定法FWD的脱空判别方法基层顶面回弹模量路基CBR三、碎石化前路面状况调查•路面破损状况调查是选择修复方法的基本出发点。同时对于旧面的破损状况调查，发现出现在基层或土基的病害，如：唧泥、断裂、沉陷病害，在碎石化前必须要进行处治。轻度唧泥重度唧泥路面结构强度的评价是要确定路面的剩余寿命。板底脱空调查可以发现软弱地基，从而标记出来，在碎石化前进行处理。基层顶面回弹模量的调查直接影响到碎石化的效果，另外太软弱的基层上板块不宜进行碎石化。只有CBR≥5的路段才可进行碎石化，因此有必要对路基CBR进行调查。四、碎石化的施工工艺及质量控制方法移除现有的罩面层设置排水设施特殊路段处理构造物标记设置测量控制点交通管制碎石化前处理：四、碎石化的施工工艺及质量控制方法•排水设施：路面碎石化处理一般要求设置边沟以保证排水。如果没有边沟，则应将路肩挖除至混凝土路面基层同一高度，以使水能从碎石化区域排出。•特殊路段处理：对出现严重病害的软弱路段进行以下修复处理：（1）清除混凝土路面；（2）开挖基层或路基至稳定层；（3）换填材料，顶面高程与破碎混凝土板底相同；（4）剩余的部分，应采用HMA罩面底层相同的混合料回填，并进行适当的摊铺和压实。四、碎石化的施工工艺及质量控制方法•构造物标记和保护：•设置高程控制点：在有代表性的路段设置高程控制点，以便在施工中监测高程的变化，指导罩面施工。正常破碎低锤头破碎禁止破碎埋深管线埋深＞1m0.5～1m埋深＜0.5m路肩外建筑物＞10m5～10m＜5m四、碎石化的施工工艺及质量控制方法•碎石化施工工艺流程：破碎试验段与检查试坑确定破碎工艺控制破碎施工Z型压路机压实撒布透层油并压实四、碎石化的施工工艺及质量控制方法•试验区主要用于设备参数调整，以达到规定的粒径和强度要求。•（1）试验区。•在碎石化施工正式开始前，应根据路况调查资料，在有代表性路段选择至少长50m，宽4m（或一个车道）的路面作为试验段。根据经验一般取落锤高度为1.1-1.2m，落锤间距为10cm，逐渐调整破碎参数对路面进行破碎，目测破碎效果，当碎石化后的路表呈鳞片状时，表明碎石化的效果能满足规定要求，记录此时采用的破碎参数。四、碎石化的施工工艺及质量控制方法•（2）试坑。为了确保路面破碎成规定的尺寸，在实验区内随机选取2个独立的位置开挖1㎡的试坑，试坑的选择应避开有横向接缝或工作缝的位置。试坑应开挖至基层，以在全深度范围内检查碎石化后的颗粒是否在规定的粒径范围内。如果破碎的混凝土路面粒径没有达到要求，那么设备控制参数必须进行相应调整，并相应增加试验区循环上一个过程，直至要求得到满足，并记录符合要求的MHB碎石化参数备查。四、碎石化的施工工艺及质量控制方法•破碎顺序:•MHB破碎操