城市道路水泥混凝土路面改造技术.ppt

城市道路水泥混凝土路面改造技术 全新的城市道路路面整体解决方案 0 引言一 水泥混凝土路面快速检测评价二 旧混凝土路面改造与破碎技术三 旧水泥路面改造与再生的路面结构设计四 软基地区路面改造加宽与桥头处理新技术五 结语 主要内容 根据2004年底的统计资料 全国等级公路里程151 58万公里 全国有铺装路面公路里程44 168万公里 其中水泥混凝土路面25 7125公里 占整个铺装路面的58 2 早期修建的水泥混凝土路面大多已经接近使用年限 需要翻修 由于各种原因大多数路段需要改造和补强 部分近期修建的水泥混凝土路面 由于超限运输 设计 施工及保养等诸多原因 出现了不同程度的早期损坏 0引言 水泥砼路面典型病害 纵向开裂 图 断板 脱空 唧泥 图 图 7 剥蚀 错台 坑槽 松散 沥青加铺层路面典型破坏 沥青加铺层路面典型破坏 车辙 沥青路面典型破坏 疲劳 龟裂 一 水泥混凝土路面快速检测评价 水泥混凝土路面快速检测技术包括 水泥混凝土路面板安定性检测 脱空状况 路面破损状况检测 结构承载力检测 行驶质量检测 抗滑能力检测 交通状况检测等 路面综合检测车检测 破损状况 结构承载力 行驶质量 抗滑能力 判断水泥混凝土路面板脱空的技术一直受到全世界关注 国内外取得了许多的研究成果 如采用路面雷达 贝克曼梁或FWD等探测水泥路面板底脱空程度等 1 路面雷达GPR的脱空诊断技术 GPR检测路面 2 FWD的脱空诊断技术 FWD测量裂缝与接缝板边弯沉差 二 旧水泥混凝土路面改造与破碎技术 1 改造原则与方法改造原则 当混凝土路面断板率低于10 时 可采取打裂压稳技术直接加铺沥青混凝土罩面或经过局部修补后铺设防反射裂缝材料后加铺沥青混凝土罩面层 对于断板率介于10 15 的水泥路面 在打裂压稳之后铺设防反射裂缝材料后加铺沥青混凝土罩面层 对于断板率超过15 且有明显结构性破坏的水泥路面 或相邻板的沉降差大于4mm 美国AI的标准为3mm 就需要将板打碎处理 要求在对路基及基层有问题处进行局部处理后 将混凝土面板进行破碎压实作为基层 再加铺沥青混凝土罩面 改造方法 水泥混凝土路面改造维修技术难度大 设备依赖性强 国内以前研究不多 反射裂缝是一大问题 2 常规水泥混凝土破碎方法 人工凿除 长臂挖掘机 水对基层 路基 及临近板下基层的软化 修完又坏的恶性循环 3 旧水泥路面现场碎石化新技术 旧混凝土路面板碎石化后 进行简单处理就可以作为新路面结构的基层或底基层 必须采用有如下能力的破碎施工机械 使旧水泥混凝土板块破碎后在平面上强度分布均匀 旧水泥混凝土路面破碎后具有一定的强度 破碎后 旧水泥混凝土路面病害可以消除 破碎后的粒径合理 不会产生应力集中 出现发射裂缝而影响加铺层 改性沥青重庆渝黔高速公路上的应用 目前 用于旧水泥混凝土路面破碎并符合上述要求的机械设备主要有 多锤头破碎机 MHB 门板式打裂压稳技术 CS 冲击压稳技术 IC 共振破碎 RMI 冲击镐凿碎压稳工艺 1 多锤头破碎机 MHB MultipleHeadBreaker MHB即为多锤头自动力破碎机 设备后部平均配备两排成对锤头 这样在设备全宽范围内进行连续破碎 锤头的提升高度可独立调节 MHB具备一次破碎3 96m车道的能力 破碎机装备帷幕防止碎屑飞溅 破碎后的水泥路面粒径形成嵌挤结构 强度比一般粒料基层高得多 该技术是目前解决水泥混凝土路面反射裂缝最彻底的方法之一 同时具有施工速度快 节省资金的特点及重要的环境保护意义 适用范围a 水泥路面接缝缺陷 错台 翻浆和角隅破坏率等达到总接缝长度的20 b 板块出现开裂或下沉 需要修补的面积达到路面总面积的15 20 c 每公里平整度随机检测双向各100m 平均值大于1 2mm的 d 水泥混凝土路面基层与面层总厚度超过33cm的 MHB碎石化工艺流程 施工质量控制碎石化要把75 的混凝土路面破碎成颗粒 肉眼观测 表面最大尺寸不超过7 5cm 中间不超过22 5cm 底部不超过37 5cm 若破碎后的块径超过最大尺寸 应该用其他合适的方法进行再破碎或清除 然后用密级配的破碎粒料替换并压实 破碎时最好是从混凝土路面的高处向低处破碎 以避免摊铺沥青混凝土后影响排水 相邻车道搭接宽度至少是15cm 破碎后在压实前发现的5cm的凹地应用密级配碎石粒料回填并压实 破碎后路面实行交通管制 不得放行交通 以防止车轮推挤 破坏碎石化效果 2 共振破碎 RMI 适用条件与多锤头破碎相同 共振碎石化所要做的三个主要工作 1 共振破碎就是一种将水泥混凝土路面破碎成小碎粒的工艺 2 碎粒的大小从上面部分的呈沙粒大小到下面部分的最大为23cm 3 钢筋应与破碎路面的所有碎粒分离 破碎的碎粒应呈一定角度相互啮合 共振碎石化技术破碎混凝土的特征1 破坏路面的完整性碎石化后 旧水泥混凝土路面的结构完整性必须大大降低以防止出现反射裂纹 路面必须破碎透而且混凝土和加强钢筋的结合必须彻底破坏 所有这一切都不能破坏混凝土板下的基础 假如混凝土破碎后能保持最大的模量和最大分散表面负荷的能力 那么 当路面的完整性被破坏后 繁重的交通负荷就不会引起路面反射 造成沥青罩面出现裂纹 要获得最大模量 要求混凝土沿其剪切面破裂 即成450角 共振碎石化恰能满足此要求 如图 2 破碎颗粒相互啮合或 锯齿 拼图式的破碎形状破碎混凝土要达到的目的是使破碎的路面不会扩散 破碎路面不会毁坏或侵入路基 破坏的路面要做到碎粒体积不太大 而且相互位置也不发生变化 较大的碎粒会造成硬点 受负荷不会弯曲 时间一长 就会倾斜 使表面产生反射裂纹 破碎的形状必须成 锯齿 拼图状 所有的碎粒处于相互啮合 未被打乱的状态见图 这样可使交通负荷向更大的范围分散 碎粒共同 工作或弯曲 将负荷分散到更大的范围见图 这只有采用低幅 1 27cm 高频1 2 的共振冲击锤才能做到 3 路基完整性低幅 高频共振破碎的混凝土产生的穿透裂纹消除了路面的运动并防止出现反射裂纹 由于裂纹相互间保持 锯齿 状 每个碎粒将部分负荷分散给下一个碎粒 将负荷分散到路基上 4 破碎颗粒粒径大小一致破碎的碎粒大小一致是十分重要的 可使路面共同弯曲 将所承载的负荷均匀地分散到路基上 共振碎石化工艺的优势1 共振碎石化施工比完全重建更经济对在美国阿肯色州的一个项目做了一个对比分析 全部重修比碎石化大3 4倍 在美国其它州 重建和碎石化的费用比是3 3 1到4 1 2 共振碎石化施工对交通干扰小共振碎石化施工工期只为重建的五分之一 而且对公众的打扰小得多 共振碎石机每天可破碎混凝土5000到8500m2 不适合共振碎石化的区域虽然共振碎石化有以上诸多优势 很少遇到不适合的地方 但是如果混凝土路面基础材料损坏严重 不能承受破碎路面的负荷的地区 不适合使用共振碎石化 这种情况主要是在较低的地方 积水较多的区域 地下水位较高路基积水的路面 以及路基含有较湿的黏土和混入泥沙的黏土的地区 另外 如果在路面上有5cm或以上的车辙时 就表明这些路段不适合进行碎石化或必须清除或重建 共振碎石化工艺流程 3 打裂压稳技术 CS CrackandSeat 打裂 碎 打裂压稳技术适用范围水泥路面接缝缺陷 错台 翻浆和角隅破坏率等达到总接缝长度的10 板块出现开裂或下沉 需要修补的面积小于路面总面积的15 每公里平整度随机检测双向各100m 平均值大于1 2mm的 水泥混凝土路面基层与面层总厚度超过35cm的 压稳 打裂后的路面 CS打裂压稳工艺流程 打裂尺寸的检验 由于裂缝极为细小 因而在路面干燥的情况下 识别路面开裂较为困难 因此 打裂前需在前方路面一定范围内均匀洒水到可见自由水的程度 然后打裂施工 在打裂时 应可以看到开裂痕迹并伴有气泡 在路面自由水消失后 应可见清晰的裂缝痕迹 并由此鉴别开裂的程度是否满足要求 如需要也可进行路面取芯以确定开裂的程度和深度 由于路面开裂未必沿竖直方向 因此取样位置宜选择在锤头冲击痕迹的端部 或开裂交叉点 试验段内取样密度不小于两个 压稳程序 在打裂满足要求后 应确定压稳程序 一般压稳遍数为3 5遍 控制标准为 在按确定程序施工的试验路段 每25米取一点 并且总数不小于5个点 承包商在打裂完成后对这五个点进行水准测量 并在每压稳1遍时测量每个点的沉降量变化 如果这五个点的每次压稳后最大沉降变化量小于5mm 则认为压稳施工达到要求 任何情况下压稳次数不得小于2遍 压实速度不应超过4 8km h 3 冲击压稳技术 IC ImpactCompaction 施工工艺流程 施工注意事项 冲击顺序与速度由于混凝土面板在水平方向所受约束愈小 破碎效果愈好 因此施工中应从路肩 行车道 超车道依次冲击压实 每冲击压实一遍按以上顺序进行下遍冲击压实 考虑前5遍冲击压实主要是对混凝土板块破碎 选择7 9km h速度可产生最佳破碎效果 5遍后考虑沉降与破碎双重效果拟选择9 12km h速度为宜 必须严格控制在标示的作业区内施工 根据不同情况合理选择套压或单道压实 不得有错压 漏压 在冲击压实过程中应派人观察沿线构造物 防止出现异常破坏现象 冲击压实过程中如下雨应立即停止作业并做好作业区遮盖工作 防止雨水渗入路床等 冲击压实结束后后续施工应立即跟上 并加铺基层 谨防雨水渗入 冲击压实施工质量控制a 破碎状态检测与控制首先应对未冲击压实前路面损坏情况进行现场实测和记录 以后每冲击压实5遍检测一次 最终破碎的网状碎块应控制在40cm以内 该碎块并非一般意义的明显碎块 而是裂缝 纹 贯穿与块之间并形成集料嵌锁的结构从而保全原路面所具有的大部分结构强度 b 沉降量检测与控制先应按沉降量检测布点位置对原路面高程检测一次 以后每冲击压实5遍检测一次沉降量 在实际操作中最终以两次检测沉降量差值小于5mm为收敛指标 控制冲击压实遍数 c 破碎状况控制在沉降达到设计要求后应对板的破碎状况进行检查 若达不到要求 可以继续冲击压实 每2遍检测一次破碎状况 直到满足要求为止 5 开路王破碎机 Roadminer 铣刨翻修 RoadMiner铣刨破碎法 该方法针对水泥混凝土路面破损率在20 以上 需要改造基层状况 加铺沥青混凝土面层 使用Roadminer开路王可以替代破碎锤 进行大面积水泥混凝土路面破碎 清除水泥路面与跑道 效率是破碎锤的几十倍 并且施工断面平顺 整齐 更便于接续施工 同时 开路王还适用于桥梁引道水泥混凝土路面的破碎 最大铣刨宽度4 1m 深度1 5m 开路王 roadminer 破碎工艺流程 旧水泥路面板破碎技术综合评定 注 表中图标意义为 三 旧水泥路面改造与再生的路面结构设计 3 1水泥路面板再生的路面结构组合设计 打裂压稳或碎石化后的路面结构组合 可以采取 白 黑 和 白 白 加铺层的结构及修筑工艺 包括层间结合设计与材料应用等 其中防治反射裂缝是其关键问题 防治反射裂缝的技术措施 根据反射裂缝的机理 主要应从结构和材料两方面进行考虑 主要措施有 增加沥青加铺层厚度 设置应力吸收薄膜夹层 加筋沥青层及其他具有良好路用性能的沥青混合料 设置隔离层以及处治旧路面板 封填裂缝 破碎稳定旧路面 等 1 沥青加铺层 材料中适当增加沥青用量 减小混合料空隙率 可延缓裂缝的扩展 采用应力吸收薄膜夹层 可用APP改性沥青防水卷材 专用土工布 如 T010 140型道路专用土工布 能耐220 高温 铺设玻璃纤维格栅等加强沥青混合料的抵抗差动位移 剪切强度 的能力 结构组合设计案例 工程案例 工程案例 罩面厚度 碎石化后的沥青罩面厚度采用AASHTO设计方法和设计程序 要求最小罩面厚度为15cm 且最好为密级配结构 国内沥青混合料加铺层的厚度一般为12 15cm 个别用到18cm 京沪高速泰化段 根据碎石化后路面表面弯沉测试结果 确定是否需要加铺补强基层 碎石化后的水泥混凝土罩面层厚度可根据交通状况 按新建路面设计方法设计 乳化沥青灌入再生料技术 水泥混凝土路面碎石化后 在铺设沥青面层之间 可采用乳化沥青灌入再生料技术 以增强碎石化基层与面层的粘结 并提高路面整体强度 洒灌入改性乳化沥青 其用量为2 5 3 5kg m2 洒乳化沥青作防水粘接层 其用量为1 0kg m2 提高沥青混凝土加铺层抗渗性能的措施 要保证路面结构的水稳定性和耐久性 预防水破坏是至关重要的 除在沥青加铺层底部铺设防水层外 加铺层本身的抗渗性能也是一个重要指标 尤其是粘附性有利于提高抗渗性 采用改性沥青 掺加抗剥落剂 在矿粉中掺加一定量的无机填料 对抵抗剥离以提高沥青混合料水稳性都有明显效果 此外 要选择适当的级配范围 提高沥青用量及提高4 75 9 5mm规格集料的用量相应地都可以提高混合料的抗渗性能 控制空隙率在4 左右 日本 沥青路面要纲 规定 抗剥落剂是以防止沥青混合料产生剥落破坏为主要目的而添加的外加剂 一般采用消石灰 也可以使用以油脂为主要成份的胺类 酰胺类 第四铵盐类等阳离子表面活性剂 同时介绍石灰粉及水泥的剂量为沥青混合料总量的1 3 抗剥落剂的用量为沥青量的0 3 以上 并希望使用针入度小到40 60的沥青 在配合比设计尽量采用水密性好的混合料 沥青用量采用上限 水稳定性的检验采用浸水车辙试验等等 在美国 作为抗剥离措施 也是以掺加消石灰粉和水泥作为最基本的方法 美国FHWA出版了一本沥青混合料水稳定性的专著 对各种抗剥离措施进行了详细的比较 其中效果最好 最稳定的是掺加消石灰粉 对许多抗剥落的评价结果认为在长期性能方面尚有疑问 我国 公路沥青路面施工技术规范 规定 当用于高速公路 一级公路的石料为酸性石料时 宜使用针入度较小的沥青 并采用了下列抗剥离措施 使沥青与矿料的粘附性符合本规范附录C表C 8 常采用 1 用干燥的磨细消石灰粉或生石灰粉 水泥作为填料的一部分 其用量宜为矿料总量的1 2 2 在沥青中掺加抗剥落剂 3 将粗集料用石灰浆处理后使用 因此 我们在遇到酸性石料时 应该首先考虑采用掺加消石灰粉或水泥的措施 不要动不动就采用掺加抗剥落剂的办法 纤维对沥青加铺层的抗车辙与抗水损害能力的影响 不同纤维对普通沥青SMA 16和AC 16动稳定度的影响 纤维沥青混混凝土AC 16残留稳定度MS0比较 典型的SMA路面 2 水泥混凝土加铺层 纤维混凝土抗冻性能 纤维混凝土抗疲劳性能 3 2水泥混凝土再生集料的应用 一方面 废弃混凝土未经处理 直接外运露天堆放或填埋 耗用大量的征用土地费 废料清运费等建设费用 同时 清运和堆放过程中的遗散和粉尘 灰砂飞扬等问题又对环境造成二次污染 严重破坏了生态环境 另一方面 新路面结构层施工中 砂石骨料用量巨大 因而开采天然资源造成资源枯竭和环境破坏 集料场再生技术包括 路面清除 破碎和清除破损路面 并集中运往中心料厂进行加工处理 集料加工 破碎处理 剔除钢筋 筛分 生产再生集料 集料加工通常在施工现场附近设置的机动破碎厂进行 再生集料破碎工艺 俄罗斯的破碎工艺 德国破碎工艺 中国破碎工艺 俄国工艺流程图 德国工艺流程图 李惠强等设计再生骨料生产工艺 肖建庄等设计再生骨料生产工艺 2 旧水泥路面混凝土再生集料的应用1 作基层用集料通过破碎旧水泥混凝土面板生产再生集料 用作路面基层集料显然是一种既安全 相对于配置高标号混凝土 又经济环保的做法 水泥稳定集料的配合比为