旧水泥混凝土路面改造处治技术对比研究.pdf

6 2 低温建筑技术 2 0 1 0年第 3期( 总第 1 4 1 期) 旧水 泥混凝土路面改造处治技术对 比研究 常振虎， 石振武 【 东北林业大学 土木工程学院 。 哈尔滨1 5 0 0 4 0】 【 摘要】 在分析旧水泥混凝土路面改造技术的基础上， 从不同方面对比分析了冲击碾压和碎石化这两种 技术的优缺点。结合哈大路改造工程， 说明应该根据不同的路面状况选择经济、 合理、 适用的处治方法。 【 关键词】 水泥混凝土路面； 处治技术 ； 碎石化； 冲击碾压 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 o l o ) o 3 0 0 6 2 0 3 随着国民经济的迅速发展， 交通荷载的 日益重型 化和严重的车辆超载 ， 加快了早期修建的旧混凝土路 面接近其使用寿命， 而且使近年新建的水泥混凝土路 面投入使用不久就出现了严重的损坏， 使大修改造逐 步成为工作的重点之一。在 旧水泥混凝土路面上加 铺沥青 混凝土时 ， 如对 旧路 面处理不 当极 易 出现 反射 裂缝 ， 造成新路面的病害。 1 常用的水 泥混凝土路面处治技术 ( 1 ) 修补后加铺沥青混凝土罩面。 ( 2 ) 直接清除后重新做基层再罩 面。 ( 3 ) 破碎处治后作为基层， 在其上做应力吸收层 后再加铺沥青混凝土罩面。 第一种方法虽可充分利 用原有 路面强度 ， 但 由于 修补不彻底和原混凝土板下路基 的损坏及脱空等原 因 ， 往往造成加铺沥青 混凝 土路面后 早期反射裂缝 较 为严重 ， 影响其使用 效果和使用 寿命 。第二种方式 能 解决旧路存在 的所 有病 害 ， 彻底 解决 反射 裂缝 问题 ， 保持旧路标高， 但是却没有利用原水泥混凝土的强 度 ， 施工工期 长 ， 废弃 料造成环境 污染 ， 且工 程成本较 高 ， 在实际改造应用 中受到 限制。第 三种方 法利用 碎 温度骤降， 如雨、 雪等自然灾害天气情况下， 温 度荷载对轨道梁温度场分布及变形的影响； 平截面 假定 得适用 性 和对于 温度 荷载作 用下 箱梁 的影 响应 该进一步研究确定 ； 钢筋和混凝 土的热工性 质 的差 别对于磁悬浮轨道梁 温度变形 的影 响 ； 在满 足磁悬 浮轨道梁温度变形的条件下， 梁截面、 跨度 的优化问 题 ； 基于对 磁悬浮 轨道梁温度变形 的影响 因素 的研 究， 制定减少轨道梁温度变形的合理方法。 参考文献 1 朱莉鹏 ， 张涛 磁悬 浮轨道梁结构 温度变形的发展 与研究 J 山西建筑 ， 2 O 0 8 ， ( 3 ) 2 窦仲蒋， 张涛 预应力混凝土箱梁温度应力计算方法 J 研究 报告 ， 2 0 0 9 ， ( 3 ) 3 Z u kW T h e r m a l a n d,ff n -i n k a g e 咖嗽；8 e s in c 0 o B jt e b e a m s e M A C I J o u r n a l ，1 9 6 1 4 孔祥漾 有限单元法在传热学中的应用( 第三版) M 北京： 科 学 出版社 ， 1 9 9 8 5 乔柏平 磁浮单跨轨道梁温度变形及对振动的影响 D 上海： 上海交通大学， 2 0 0 8 6 刘文燕， 耿耀明 混合边界条件下的混凝土箱梁温度场仿真分 析 c 全球化制造高级论坛暨 2 l 世纪仿真技术研讨会论文 集 ， 2 0 0 2 7 F uH c，N g S F ， C h e u n gM S T h e r m a 1 h a v i o r o f e o m g o s i t e b r i d g e s J 1 o u r n a l o f t h e S tr a e t u r a l E n n e e r ln g ，A S C E ，1 9 9 0 ，1 1 6 ( 1 2 ) ： 3 3 0 23 3 2 3 8 魏光坪 单室预应力混凝土箱梁温度场及温度应力研究 J 成 都 ：西南交通大学学报 ， 1 9 8 9 ， 7 4 ( 4 ) ： 9 09 6 9 张建荣， 等 太阳辐射对混凝土箱梁温度效应的影响 J 同济 大学学报 ( 自然科 学版 ) ， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 3 6 【 1 0 J S a e t t a A。 S c o t ta R，V i t a l i a n i R S tr e s s a n a l y s o f C o n c r e t e s t r u c t u r e s s u b j e c t e d t o v a r i a b l e t h e r m a l l o a d s J J a m a a l o f S t r u c t u r a l E n g in e e r - i 唱，1 9 9 5 ，1 2 1 ( 3 ) ： 4 4 64 5 7 【 1 1 J B r a n c o FA， Me n d e s PA， Mi ra n l l l E H e a t o f h y d r a t i o n e ff e c t si n s t ruc t u r e s J J A C I M a t e r i al J o u r n a l ， 1 9 9 2 ，8 9 ( 2 ) ：1 3 9 1 4 5 【 1 2 j S a e t t aA， S c o t t a R，V i t a l ia n i R S u e s s a n a l y s i s o f c o n c r e t e s t r u e l u r e 8 s u b j ect ed t o v a ri a b l e the r m a l l o a d s J J o u ma l o f S t r u c t u r a l E s i - n e e r in g ，1 9 9 5 ，1 2 1 ( 3 ) ： 4 4 64 5 7 1 3 Mir a m ll l E ， A g u a d oA T e m p e z a mr e a n d s t r e s s d i s t r i b u fi o n s i n c o n C r e t e b o x r d e r b fi d g e s J J o u m a l 0 f s tru c t u r a l e n g i n e e r i n g ， 1 9 9 0 ， 1 1 6 ( 9 ) ： 2 3 8 8 2 4 0 9 1 4 刘华波 异形截面预应力混 凝土箱梁温度场及 温度效 应研究 D 上海： 同济大学， 2 0 0 2 1 5 朱伯芳 大体积混 凝土温 度应力与温度控 制 M 北京 ： 中 国 电力出版社 ， 1 9 9 9 1 6 王林， 等 各国规范关于混凝土箱梁桥温度应力计算的分析 与 比较 J 公路 ， 2 0 0 4 ， ( 6 ) 1 7 张庆福 磁浮连续轨道梁温度变形及对振动的影响 D 上 海 ： 上海交 通大学 ， 2 0 0 8 收稿 日期 】 2 0 0 9 1 2 1 1 作者简介 】 李玉磊( 1 9 8 4一) ， 男 ， 黑龙 江牡 丹江人 ， 硕 士研 究 生 ， 研究方 向 ： 磁悬浮轨道粱温度变形及其振动。 ( 编辑王亚清) 常振 虎等 ： 旧水泥混凝土路 面改造处治技术对 比研究 6 3 裂后的 旧水泥混凝土做 基层 ， 可有效 降低反射 裂缝 的 发生 ， 同时减少了施工时 清除旧路面 的作业 量和作业 时间、 降低成本 、 保 护环境 ， 符合 国家科 学发展 观 的要 求 ， 是对 旧水泥混凝土路面大修 和改建 的重要手段 。 2 水泥混凝土路面破碎化改造技术 目前 ， 碎石化和冲击碾压都 是 旧水 泥混凝 土路 面 常用的破碎处治方法 ， 使用这些工艺后， 其相应形成 的“ 颗粒” 粒径不 同， 从而对 旧水泥混 凝土路 面减缓或 消除反射裂缝的效果也不同。 ( 1 ) 碎石化 改造技术 。将 原有 旧水泥混 凝土路 面彻底打碎 ， 进而用专用压 实机碾压形 成细颗 粒集 中 在上 ， 粗颗粒集中在下部 的结构层 。碎 块从砂砾 的尺 寸到 2 0 e ra左右的尺寸 ， 从而形成 “ 高 强粒料基 层” ， 其 上再加铺沥青混凝土层 ， 从而可以根除反射裂缝。多 锤头破碎机属于典型的碎石化设备。该设备通过调节 控制落锤高度可控制其冲击能， 从而控制破碎尺寸。 碎石化技术提供了一个非 常柔性 的基层 结构 ， 但 破坏 了混凝土路面板块 的结构性强度 ， 所 以加铺 的沥 青混凝土厚度要增加 ， 一般在 1 5 e m以上。 ( 2 ) 冲击碾 压改造技术 。采用 的冲击压路 机是 一 种高冲击能量机械， 集传统的静碾压路机、 振动压 路机和夯实机的功能于一 身的压 实设 备 ， 克服 了夯实 机动作连续性差和振动压路 机行走 速度慢 、 压 实层薄 的缺陷。其动力 主要来 自： 冲击轮重 心位置 升高 到 降低所具有的势能； 冲击轮转动时的动能。冲击压 路机最大特点是非圆形的冲击轮外形 ， 为了行驶 的平 稳性和低能量消耗， 冲击轮一般为三、 四、 五边的正多 边形。当机器行走时， 冲击压路机以 1 5 2 2次 s 的 低频连续周期性 的 高振 幅撞击 力 冲击 破碎 混凝 土板 面， 其产生的冲击波还可以向板下基层和土基传播 ， 对 旧路进行补充 压实 ， 从 而提高路基 的整体性能。 3旧水泥混凝土路面 两种破碎 改造技术对 比 碎石化和冲击碾压 技术在工程 中有广泛 的应用 。 ( 1 ) 使用范围的比较： 碎石化很少遇到不适合的 地方 ， 但 是 因其 费用 较 高 ， 为 了彻底 消 除反 射裂 缝或 路基 ， 路面损坏严重时才使用 ， 使用条件是 ： 水泥混 凝 土路面 出现大量的接缝缺陷 ， 如 ： 错 台、 唧泥 、 板角断 裂达 2 0 以上 ； 断板和开 裂板 块 2 0 以上 ； 超过 2 0 的路面板已被修补过或需要修补 。 一 般来说 只要 C B R大于 7且水 泥 混凝 土路 面 基 层与面层总厚度超过 3 3 e ra便可采用碎石化改造技术。 冲击压实技术适用于改造结构完好， 仅存在功能 性破坏或板底局部脱空的普通水泥混凝土路面， 冲击 压实后可以使裂块间嵌锁紧密， 并被稳固在原有可能 因路基不均匀沉降而形成局部脱空的路基上， 尽可能 保持旧路面原有强度。 这两种改造技术 都利用 了原 旧路面 的材料 ， 对其 进行一定处理后在 上面加铺 沥青 混凝土 面层 ， 因此路 面高程有不同程度的提高 ， 对于桥下净空受限且桥不 能顶升 的路段不适用 。 ( 2 ) 施 工效率的 比较 ： 破碎的效率影响整个工程 的工期 ， 破碎技术所用的多锤头破碎机是冲击一次即 可达到目的， 其破碎速度分别为 1 5 0 3 0 0 m h ， 冲击碾 压改建施工 时 虽然 拖拉 速 度 为 71 2 k m h ， 但要 想达 到破碎要求的裂缝尺寸， 需要来 回冲压 1 52 0遍， 破 碎速度为 2 0 0 3 0 0 m h ， 施工速度快 。 ( 3 ) 施 工费用对 比： 不考虑设备调遣及项 目规模 因素， 以单位面积计算， 冲击压实技术作业其费用大 约为 5 8 元 m 2 ； 多锤 头破碎 作业费用约为 1 4l 8 元 m 2 ， 同时采用多锤头碎石化技术， 其加铺 的沥青路面 厚度要比冲击压实方法厚几公分 ， 其整个项 目的工程 造价要高于冲击压实技术。但是多锤头碎石化技术 能很好的防治反射裂缝 ， 加铺沥青路面后其使用性能 和寿命高 ， 维护 费用低 。 ( 4 ) 对环境的影响分析 ： 多锤头碎石化技术施工 时锤头质量仅 6 5 0 k g ， 施工 时所产生 的冲击 振动和噪音 较小 ， 对沿线 的 民房 和 建筑 物 没有 太 大影 响 ， 适 用 范 围广 。 冲击压 实施工 时要在 同一路 段反 复 冲击 十来 次 ， 作用 时间长 ， 同时冲击压路 机施 工 时以每 秒 2次 左右 的频率和 1 0 2 0 e ra的落距冲击地面， 产生的低频高振 幅冲击波 向地下传 播 ， 有效 作用深度 为 I 0 2 0 m， 对 沿线建筑物有较大的影响， 故要求对沿线的建筑物和 桥梁涵洞等有一定 的安全距离， 给施工带来不便 ， 对 沿线居 民造成 噪声 污染 ， 不太适用于城市道路施 工 。 ( 5 ) 破碎效果对 比 ： 碎石化技术采用 多锤头破碎 机类 设备 由于 其 小重 量 、 多位 置 的 冲击作 用 ， 形 成 强 度及稳定性更 加均匀 的破碎 层 ， 为加铺 沥青 面层 提 供 了更好的基础条件， 能最有效 的防治反射裂缝 ， 是一 种优 良的水 泥混凝土路面破碎改造技术 。 冲击碾 压施 工 时靠 冲击 轮 的 势能 和 冲击 轮 前 进 转动时的动能进行破碎， 裂纹以纵向为主， 也有横 向 上的裂纹 。既有 上 下 的 冲击 力对 混 凝 土板 块 进 行 破 碎 ， 又有水平 方 向上 的挤压力 使破碎 后 的裂块 间 紧密 嵌锁 ， 巨大 的 冲击 破 碎可 以有效 解 决版 底 脱空 现 象 ， 有效 的作用深度可 以对 旧路 基进行 补充 压实 ， 从 而提 高路基的整体性能。 4工程案例 绥满公路哈尔滨至大庆段( 简称哈大公路) 一期 工程通车已达 1 6 年 ， 二期工程通车达 1 1 年， 仅进行过 常规养护， 一直未作大修改造。道路现状每况 1 5 1 下 ， 病 害面积逐年递增 ， 公路的服务水平和使用功能明显降 低温建筑技术 2 0 1 0年第 3期 ( 总第 1 4 1 期) 低， 如果仍然进行维护工作 ， 费用很大 ， 效果也不理想， 因此哈大公路必须 进行 改造 。 4 1 水泥混凝 土路 面调查 ( 1 ) 旧路面结构： 1 8 c m二灰土( 水泥稳定砂砾) +1 8 e m 5 水泥稳定砂砾 +2 4 e m水 泥混凝土 。针对 旧 路结构 ， 如果 采用清除后重 新做基 层再罩面则 工程 量 大， 工期长， 造价高且大量的混凝土废弃物没有充分 利用 ， 环境污 染严重 。 ( 2 ) 路面病害调查及评定 ： 将哈尔滨至大庆方 向 的旧路定为上行线 ， 大庆至哈尔滨方向的为下行线 。 表 1 路面病害调查情况 块 上 行 线 ： P C I=9 5 4 9 ， 评 定 为 优；D B L= 1 5 3 3 9 ， 评 定 为 次 ； 下 行 线 ： P C I=8 3 2 5 ， 评 定 为 良； D B L=2 1 7 5 2 ， 评定为差 。 由调查的 路面 病害 可知 哈大路 路面 破损 程度 不 一 致， 则针对不同路段和板块采用不同的处治方法。 ( 3 ) 板底脱空检测 ： 路 面雷达检测水 泥混凝土路 面板 下 脱 空 率 及 基 层 破 损 率 ， 被 检 测 路 段 长 2 x 1 1 7 3 6 5 k m 。上行 线脱 空 ： 2 1 6 1 4 m， 脱空 率为 1 8 。下 行线脱 空 ： 4 4 8 3 8 m， 脱空率 3 8 。脱空范围在 2 6 m m 。 根据雷达检测结果， 路面板下脱空情况下行线比 上行线厉害， 脱空都 比较严重， 针对这一情况， 采用冲 击碾压技术 能起 到很 好 的打裂 压实 和消 除板底 脱空 作用 ， 也可有效防治反射裂缝对加铺层的影响。 4 2 处治方 法的选 择 以黑龙 江省 龙建 路 桥第二 股份 有 限公 司承揽 的 哈大高速公路大修工程 A 5 合 同段 K 9 2 +0 0 0一K 1 1 2 + 0 0 0共 2 0 k m为例 ， 单幅路宽为 1 0 5 m 。采用冲击碾压 技术蓝派打裂水泥混凝土板块 3 4 0 9 5 2 m 2 ， 其单价为 5 8 1 元 ， 多锤 头打 裂水泥混凝 土板块 1 8 4 8 m 2 ， 单价 为 7 7 3元 m 2 ， 成本共 1 9 9 5 2 1 6 1 6元。而采用多锤头 破碎作业， 以其单价为 1 4元， m 2 算， 其改造处治成本 为4 7 9 9 2 0 0 0 0 元 ， 可见采用冲击碾压技术降低了一半 以上的处治成本 。 由以上对修复加铺、 清除加铺和破碎后加铺两种 常用的水泥混凝土路面处治技术对 比， 本着经济合理 ， 环保原则 ， 结 合 旧路 调查 、 路面雷 达检测 等各 项数据 ， 通过技术经济比较 ， 确定本 次大修以冲击碾压 为主， 挖 除重铺为辅 ， 减少反射裂缝 的原则进行设计施工。 ( 1 ) 直接作基 层的路段 ： 对于原 旧路状况好且为 加铺钢筋水泥混凝土板的路段不打裂直接作为基层 在其上加铺新路面， 充分利用原有旧路的强度 ， 提高 路面的性能。 ( 2 ) 采取挖除 旧路 面的路段 ： 在路面调 查 中， 路 面被评定 为病 害严 重 ， 且 板块严 重 破碎 、 沉 陷频 繁发 生路段 ， 其 板下 路基 冲刷 浸泡严 重 ， 密实性 和强 度 已 经不能满足承载要求， 需挖除旧路面板， 处理好路基 后再浇筑混凝土至原路面相同标高； 对于桥下净空受 限制路段 ， 同样采用此方法 。 ( 3 ) 采取铣刨旧路面路段 ： 主线桥桥头两侧设置 的过渡段 以及 水泥混 凝 土路 面与 沥青混 凝 土路面相 接处采用此方法。 ( 4 ) 打裂处理： 由以上的分析对比， 哈大路改造 对 于一般路段采用蓝派 冲击压实打裂 技术 ， 旧路 面板 块处理完经 养生 后 ， 进 行 旧水泥 混凝 土板 的打 裂 ， 在 桥涵头每侧 2 2 m ， 采用多锤头技术打裂以解决板底脱 空问题 ， 减少反射裂缝并稳 定原路 面。 5 结语 实践证明， 通过破碎稳固技术和加铺应力吸收层 改造旧水泥混凝土路面， 能明显减少或延缓加铺层中 反射裂缝的发 生与扩展 ， 延长公 路使用 寿命。同时破 碎碾压技术能提高工程进度和充分利用材料， 从而节 约工程造 价 ， 避 免 了废弃 水泥 块对 环境 的污 染 ， 实 现 了可持续发展 ， 在现实工程中取得了良好的经济效益 和社会效益 ， 具有推广 的价值 。 参考文献 1 吴 国庆 旧水泥混凝 土路面 打裂 施工控 制参数 及加铺 层研究 D 山东 ： 山东大学 ， 2 O O 8 2 杨占荣 浅谈旧水泥混凝土路面碎石化技术 J 内蒙古公路与 运输 ， 2 O O 7 ， ( 6 ) 3 胡昌斌 冲击压路机破碎改建旧水泥混凝土路面技术 M 北 京 ： 人民交通 出版社 ， 2 O O 7 ： 7 4 魏光廷 碎石化及 打裂压稳 在水 泥混凝土路 面改造 中的应用 j 科技信息， 2 0 0 8 ， ( 2 ) 收稿 日期 】 2 O O 90 00 0 作者简介 常振虎 ( 1 9 8 4一) ， 男 ， 河北邯郸人 ， 硕士 ， 研究 方 向 ： 建设项 目管理 。 ( 编辑王亚清 )