旧水泥路面改造方案建议.doc

旧水泥路面改造方案建议水泥路面因其造价便宜，耐水性好，强度高、抗重载能力强等等优点，在我省得到了广泛应用。但随着路龄的增长，交通流量的增加，水泥路面也很容易造成开裂、断角、断板、沉陷、错台、板底脱空等结构性病害，而水泥本身强度增长慢,养生时间长的性质决定了水泥路面的维修养护及其困难，不仅要耗费大量人力、物力和财力,还需要长期阻断交通，社会效益极差。沥青路面与水泥路面相比，不仅容易维修，节省了后期维护成本，也因为其良好的行车舒适性，得到广泛认可.随着水泥路面的损坏严重，越来越多达到大修年限的水泥路面正在逐步改造成为沥青路面，俗称：“白改黑。芙蓉北路提质改造大修项目同样确定路面改造方案为“白改黑”，并提出了旧板破除重建水稳基层的方案。该方案彻底消除了原有水泥板的病害,解决了刚性基层（水泥板）上覆柔性面层(沥青面层)容易造成旧板脆裂产生反射裂缝和层间结合不良产生推移的问题。但该方法没有利用原有水泥材料，形成了大量的白色垃圾，造成了巨大的浪费。且施工需要破除、外弃、重铺水稳、养生等多道工序，工序交织、复杂，施工周期长，根本不可能在短短6个月内完成.这种传统工艺不仅本身施工费用高，还污染了环境，付出的社会成本也相当巨大。与党的十八大提出的推进生态文明建设，加快转变经济发展方式,建设资源节约型、环境友好型社会，实现可持续发展的战略部署是背道而驰的，也违背了国务院2013年第5号文件循环经济发展战略及近期行动计划和交通部关于加快推进公路路面材料循环利用工作的精神和目标（路面旧料回收率达到95，循环利用率达到70 以上)。怎样才能既保证工程质量，又充分利用好原有的路面材料呢?我们只有引进先进的技术和工艺，才能实现以上目标。国内外针对旧水泥混凝土路沥青加铺研究结果得到:水泥混凝土路面改造中，解决的核心问题是如何防止反射裂缝，一般旧路面板的强度均能够满足结构要求，如果直接加铺沥青面层的话，较薄的加铺层对防止反射裂缝无明显效果，但较厚的加铺层或增设特殊材料的应力吸收层,又造成投资巨大.且都不能根治反射裂缝，顶多只能延缓裂缝的产生。并为后期维护和大修带来极大的麻烦.国内外防治反射裂缝的另一做法就是将水泥混凝土板进行破碎后进行加铺,常见的做法有冲击破碎后压稳、打裂破碎后压稳等等，设备主要有多边形钢轮碾压、门刀式、多锤式设备等等，但是这些做法存在对基层、构造物破坏较大，水泥混凝土板强度损失大，破碎结构不规则难以把握，对周边建筑和环境影响明显等等缺点.这种方法还必须加铺水稳基层,增加路面高程,造成桥梁顶升和匝道路面顺坡费用的增加，同时水稳层的养生也为日后施工工期和交通组织带来更多的困难。图1、门刀式破碎设备和多锤头式破碎设备随着技术的不断革新，诞生了更加先进的低振幅(震动小）高频率（振动均匀)的共振碎石技术。由于共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使板块较均匀地分裂，通过微调振动频率，改变振动的力度,可使破碎后的碎块尺寸达到320cm的较理想尺寸，破碎后的粒度上部较小，下部较大。由于振动力是由面板上部向下部传递的,振动锤并不在一个点上连续振动，而是快速向前移动的，所以振动在混凝土中存在衰减梯度，从而使上部的破碎粒度较小，下部的破碎粒度较大.这样的结构带来了很大好处，首先是小粒度可更好地消除反射裂缝，同时下部的较大的粒度提高了路基的承载能力;其次是上部小粒度有利于路面渗水的横向排除,下部的大粒度又可起到阻止渗水向下渗透的作用.图2、共振式破碎设备与施工现场共振破碎机使碎石裂纹走向倾斜，破碎后的碎石纹路规则排列，并与路面形成3540夹角。共振破碎的工作锤头在激发路面共振的同时快速向前移动，冲击的合力指向前下方，从而使振碎的裂纹与路面形成了一定的夹角.这一夹角可使碎石块之间相互嵌合，经压实后相互啮合得更紧,从而使碎石层起到更好的砾石稳定层的作用,形成了良好的路面基层。因此无需再增加其他结构层，而直接加铺沥青面层即可.这种工艺既能充分发挥旧板的承载能力，又能彻底解决反射裂缝.具有能有效节约工程投资，加快施工进度等特点。共振预裂破碎的优点破碎后的碎石尺寸理想、均匀由于共振破碎力发生在整个水泥板块厚度范围内，能使板块较均匀地分裂,通过微调振动频率，改变振动的力度，可使破碎后的碎块尺寸达到820cm的较理想尺寸。图3、共振式破碎后的路面状况深度可控制,不冲击路基，保证路基下的管线设施完好无损共振式破碎机通过调节振动频率和振幅，即可控制破碎的深度。因为它是在试图以接近混凝土的固有频率而振动，在发生共振的瞬间,锤头就向前运动了，垂直向下的冲击力很小，而且面板下边的材料为非混凝土，不会与之共振,所以避免了对路基的冲击，路基下的其它管线设施自然就不会受到影响了。路基不受冲击，保持了原有路基的平整度和密实度的均匀性。而普通的重锤冲击式破碎方法则不然，它们的冲击力垂直向下,要以路基为依托来打碎面板，所以冲击力通过面板直接传递给路基。为将面板底部击碎，巨大的重锤会使路基受到严重冲击，破坏了原有路基的平整度和密实度之均匀性，并且会使地下管线及其它设施受到影响.钢筋混凝土中的钢筋完全与混凝土剥离共振破碎技术使振动发生在水泥板块内部，对钢筋混凝土而言，钢筋的固有频率与水泥混凝土有异，从而使钢筋很容易与水泥碎块完全剥离。实际效果也证明,共振破碎后的钢筋网确实与原有水泥彻底脱离。如果钢筋串起了大大小小的混凝土块，就必然引起局部应力集中,造成反射裂缝。普通重锤冲击破碎工艺要想使钢筋网与水泥碎块脱离，难度是非常大的.振动影响小，施工适应范围大共振破碎技术是工作头与局部水泥板块之间的振动，高频低幅，振动波衰减很快,传递范围很小，一般不会影响到施工点附近23m外的构件。而重锤冲击式的振动力是非常大的，它可通过路基波及到施工周围的建筑，所以施工前应做一定的防范，一般20m之内不应有振动敏感型建筑物.所以，共振破碎技术的应用范围比较广,市政、机场、港口、重要设施附近的公路等对振动级别有要求的地方，采用共振技术可很好地解决问题。噪音小,不扰民共振破碎的振幅较小,锤头与路面共振破碎所产生的噪音还没有机器发动机的噪音大。而低频高幅的重锤冲击式破碎法就不同了,它的振动噪音和振动波一样传递很远，影响较大。破碎深度大、施工效率高通过调节振动频率和振幅,共振破碎设备可使破碎深度达到660mm,完全满足一般机场跑道、停机坪和一些港口码头水泥面板的破碎改造任务.共振破碎机的生产率可达3000m2/d。美国的公路部门已将共振碎石化广泛运用于水泥混凝土旧路面的改造,并研究出相应的标准。我国的江苏、浙江、上海等省市均做了这方面的尝试.上海也已经制定了本地的共振技术规程。其中浙江临海地区、上海市的部分国省道、市政道路对水泥路面共振式碎石化后进行了加铺，加铺沥青路面厚度从9cm至18cm不等。从使用情况来看,效果良好，均未出现明显病害特征。路面加铺类型见表1，公路的使用现状见图4。表1、去年湖南高管局考察的部分路面加铺类型和目前状况道路名称道路等级路面加铺主要类型施工时间交通量等级使用状况S83（临海段）二级7cmAC20+8cmAC25正在施工重交通G104(临海市内）城市快速路7cmAC20+8cmAC252007重交通良好G104（临海市郊）二级4cmAC-13+5cmAC202006重交通良好G318（上海市郊）一级4cmSMA13+6cmAC20+8cmAC252005-2007重交通良好图4、共振碎石后加铺路段的路面现状综合考虑到芙蓉北路的老路状况、投资规模、交通组织等各方面的情况，极力推荐采取共振碎石化方案。共振碎石化不仅优化了路面结构，变刚性结构为半柔半刚的结构，彻底根治了“白改黑中的产生反射裂缝的难题，解决了旧路面改造的质量问题;又能够作为路面基层直接使用，大大缩短了工期，节约了大量路基材料,大幅降低了工程造价和日后维护成本，同时一举解决了碎块垃圾的处理，具有减轻白色污染等优点,是旧水泥混凝土路面翻修改造的理想方法。既符合交通部关于加快推进公路路面材料循环利用工作的指导意见,也符合业主保证质量，节省费用的要求。直接费用比较：改造方案间接费用分析（1） 加铺层厚度因素所造成的费用分析多锤头+水稳层+AC方案，加铺层厚度一般为30cm，而直接加铺沥青面层方案，加铺层厚度为12cm。加铺厚度不同造成旧水泥路面改造工程其他工程费用也不一致。A 桥梁顶升费用多锤头+水稳层+AC方案桥梁需顶升24cm，直接加铺沥青面层方案只需要顶升6cm，支座加高也只6cm（桥面加铺1cm粘层和5cmSMA13)，顶升的费用和风险都可降低.B 天桥处理费用旧水泥路面表面少加铺18cm，部分天桥就不需要抬高和接线改造，或旧水泥路面不需破板降低标高,也不需放坡接顺而影响纵坡和平整度.C 路肩与边沟处理费用旧水泥路面厚度少加铺18cm，路肩加高处治费用减少，挖方段边沟改造费用也将减少.（2） 施工工艺与工期费用分析A 拌和设备水稳层+AC方案需水泥稳定碎石和沥青混凝土两套拌合和摊铺施工设备，设备拆装时间、设备操作人员增多,设备使用费用增加.而只加铺沥青面层方案，只需一套沥青混合料的拌和和摊铺施工设备。B 拌和场建设水稳层+AC方案不仅需两套施工设备,拌和场建设场地需增加一倍左右,增加临时用地和费用，拌和场建设费用按500万元计，则可节约1/3费用约170万元,芙蓉北路改造3个标段则可节约500多万元;对于旧路改造工程而言，拌和场地的选址、建设和临时用地均较困难，增加了工程的复杂性.而共振和直接加铺沥青面层方案,只需安装一套沥青混合料的拌和设备,场地面积小,选址、建设和临时用地容易，有利于减少工程施工的社会干扰、加快工程进度。C 施工工艺与施工组织水稳层+AC方案两种材料、两套设备，施工工序多、工艺复杂,对技术人员要求多、技术水平要求高，两种材料施工，各工序交集在一起,对施工组织、材料供应、交通管理提出了更高要求,容易造成窝工，影响工期。D 工期水稳层+AC方案共57套工序、共振破碎加铺共34道工序，水稳层施工，每天的进度也就500m左右，且水稳层至少需要半个月的养生周期，施工速度慢,影响施工工期，需要开辟多个施工工作面，对施工和交通组织造成较大的困难.日前改造安排工期6个月，已非常紧张.共振直接加铺方案,施工进度快，正常情况下施工一天可达1km左右，且可以半幅施工半幅开放交通。共振碎石面破碎结束后就可以开放交通，车轮的碾压对碎石面形成板结体还有好处。由此总工期可以节约2个月左右。4）社会效益分析A 用户费用芙蓉北路改造采取半幅封闭式施工方式,需借道分流，需绕行20km左右，对社会车辆造成直接经济损失，包括绕行时间、燃油费用、车辆机械损耗、车辆折旧、通行费等费用。如小车燃油按10升/100km计，则多用1升（7。5元/升），日交通量按3万计，消耗45万元,6个月则为270万元。B 社会影响对已投入使用的公路，尤其是公路网主干线，进行半封闭式施工,将对人民的出行和运输造成影响，临时改变了人民的出行方式,造成社会的关注和不满，甚至造成沿线居民的生活方式的改变。外地车辆若对路线不熟，更容易造成迷路和绕行距离，产生更大的社会影响.由于半封闭施工带来的交通事故等风险也会随着工期的延长而成倍加大。