冲击压实机在旧公路升级改造中的应用

发布时间:2022-09-30 10:19:46 来源:天博综合体育官方app下载 作者:天博官网app

  水泥路面在长期的使用过程中不可避免地会出现结构和功能性破坏,如断板、错台、唧泥、脱空等等病害,尤其在最近些年随着交通量及重载车辆的增加,大量早期修建的水泥混凝土路面都面临着改造升级的维修任务。

  与沥青路面相比,旧水泥混凝土路面维修相对困难,破损水泥混凝土路面维修处理方法主要有:

  先修复旧水泥混凝土板块,然后在其上加铺沥青混凝土面层。该方法适用于路面破损不严重,断板率较低,且没有脱空、错台等路基缺陷的情况。但它并不能完全消除水泥混凝土板块间的差异性沉降,这种不均匀沉降容易导致沥青面层的早期破坏,主要表现为反射裂缝。

  将旧水泥混凝土板全部移除,然后加铺新路面。该方法针对旧水泥混凝土路面损坏非常严重的路段,但旧水泥混凝土板块的回收利用率较低,造成极大的浪费。

  先破碎旧水泥混凝土板块,然后在其上加铺沥青混凝土面层。该方法适用于路面破损比较严重的路段。该法将旧水泥混凝土板块破碎后作为新建沥青混凝土路面的基层或底基层,有效地将旧水泥混凝土板块利用起来,不仅节省投资有利于解决路面反射裂缝的问题,提高路面性能,而且解决了废料的处置问题。

  冲击压实机冲击碾压轮轮廓曲线上最大半径滚动至最小半径处时对地表产生大振幅冲击剪切,作用力最大可达到45kj,如此大的冲击力足以将旧路面板击碎,而非圆曲线轮廓滚过地表又对地表施以揉压碾压作用,从而将破碎后的旧路面板稳固到路基上。

  破碎后的旧路面板裂纹大小适当,既形成网裂,裂块间又嵌锁紧密,能够保持一定的承载能力,故而,冲击式压路机同时完成了破碎和压实两项工作。而且,高能源和相对较大的深度影响力又对下层土基起到一定的加强作用,既可以消除板底脱空,减小旧路面板的垂直应力,同时由于尺寸减小,又可以减小温度变化引起的水平应力。

  旧路面经过破碎压实后能够为上层加铺层提供一个无应力状态的、均匀稳定的基层,从而可以尽可能减缓甚至避免加铺层反射裂缝的发生。

  通过多年的科学研究以及工程实际可以证明, 冲击式压路机的破碎稳固技术通过对旧水泥混凝土路面的打裂、破碎从而减小板的有效面积,充分释放内应力,其板块打碎后经过压实形成的嵌挤结构有效地消除应力集中,减少反射裂缝的发生。

  无论从环保、使用性能还是从节约成本造价上冲击式压路机应用于旧路面的升级改造都具有无法替代的优势。学术界把冲击式压路机冲击压实处理旧水泥混凝土路面后的效果分成三种类型:

  旧水泥混凝土路面经过3~5遍的冲击碾压(一般在较低的行走速度下操作),就会出现“纹裂稳固”的初期效果——路面出现纵横细微裂纹,裂纹并未张开。

  冲击式压路机具体的碾压遍数应根据具体路况确定,在“纹裂稳固”效果下,尽管旧混凝土路面已经形成了贯穿、嵌锁型裂纹,但旧的基层并没有完全被破坏,但是旧混凝土路面与旧基层贴实,局部存在的脱空得以消除。

  这种情况下,可采用加铺一层沥青混凝土,为使路面纹裂均匀,冲击式压实机需交错碾压,当出现若干轻微裂纹,裂纹间距在1~2m左右时,通过洒水或其他方式确认后停机,随后尽快加铺加铺层。

  这种情况适应于:旧路面下有较为稳固的支撑体系。如,基层为水泥稳定或石灰粉煤粉稳定粒料、沥青碎石、沥青混凝土、贫水泥混凝土等回弹模量超过800MPa的材料,路基土为土质砂等;旧板表观破损轻微,断板率不超过5%;个别板块有些微松动或局部轻微脱空;拟采用的加铺层一般为沥青混凝土;路段交通不能在白天封闭或控制通行。

  为使路面裂纹均匀,应将冲击压实机交替均匀作用冲压旧混凝土板,当出现若干轻微裂纹,裂纹间距一般约在1-2mm左右时,通过洒水或其他方式仔细确认后方可停机,完成冲击压实作业后要尽快铺筑加铺层。

  破裂稳固--旧路面板面表面出现纵横交错的张开型裂纹,宽度一般不超过2mm,裂缝贯穿旧板厚,破裂板间处于相互嵌锁状态,破裂板块度一般在30-50mm;

  破裂稳固指的是,破裂后的板块在相互嵌锁状态下,被夯压到旧基层或路基上,与其密贴。

  在实践中,主要体现在冲击压实旧路面后旧路面顶面沉降显著,实测弯沉值较为均匀,即离散性小,实测回弹模量值在300-800Mpa范围等几个方面。

  这种效果适用于:旧路面底脱空及板块松动明显,出现明显的横向、纵向或斜向裂纹,唧泥、错台病害普遍,有明显的不均匀沉降,原路基密实度不足;旧路面下基层或路基土含水量在其最佳含水量范围,路基两侧没有大量水渗入的条件;只有一部分板块碎裂严重,并出现沉陷。这种作用效果特别适用于处理“非正常性破损”的旧水泥混凝土路面--许多水泥混凝土路面普遍存在的问题。

  由于旧底板支承条件较差,要将诸多脱空或薄弱基层彻底消除,必将以旧混凝土板破裂为更小的块度为代价,同时对下承层进行补压。

  冲击式压路机在冲压时应综合考虑旧混凝土板的破裂程度和旧路面下基层的压实情况,可选择冲击能量中等偏上的冲击压实机,行驶速度一般为10km/h左右,这样既可以以较大的冲击力使旧混凝土板产生裂纹,又可使破裂后的旧混凝土板稳固到旧基层上。

  冲压时还应使冲击压实机的冲击轮均匀作用于旧混凝土板上,以使冲压后的旧混凝土板形成稳定、均匀的整体。对于碎裂严重的板块,可以预先将其挖除,回填砂砾,采用普通压路机压实。

  旧层破裂--旧路面板面完全被打碎,并嵌入旧土基或基层形成土石(混凝土)混合体。

  旧层破碎有两种情况,一是将旧路面完全打碎成10-15cm左右以下块度的碎块,使其嵌入或与旧基层或土基混合,形成密实的土石(水泥混凝土碎块)混合体,作为加辅层的基础;

  再有就是采用换填的方式,即将旧路面打碎分离方便装运的碎块后,将其运走,重新铺筑路面

  (1)旧板出现大面积破损、碎裂或沉陷,断板率大于20%,板下基层或土基密实度严重不足、或没有基层、或基层料完全不合格;旧路面下基层或路基土含水量大致在其最佳含水量范围,路基两侧没有大量水渗入的条件,即旧板破裂后无法作为一个结构层利用。这种情况下,旧板破裂后无法与旧基层或土基一起作为新加辅层的结构层之一,顶多可以与旧基层或土基形成土石混合体作为新加辅层的路床。

  (2)旧板出现大面积破损、碎裂或沉陷,断板率大于20%,旧路面下基层或土基材料和密实度均很差;旧路面下基层或路基土含水量超出其最佳含水量范围较多,路基两侧有大量水渗入的条件,需进行路基改善处理。这种情况下,由于水的问题,一般是要将破碎块连同旧基层或土基取走,换填合适的材料。

  由于冲击需达到破碎的效果,故冲压力应尽可能大的为好。可选择较高冲击能量的冲击压实机,冲压时速度宜为10-15km/h。冲压作业过程中注意观察,一旦出现“弹簧土”路段,应停机分析,采取绕行、提升冲压轮等措施。

  安徽205国道天长段,全长29km,宽24.5m。旧水泥路面使用冲击压实破碎压实,形成块度45-65cm之间,裂缝贯穿但又嵌锁紧密的下垫层。

  K83+253断面的沉降量冲至5遍时为1.83cm;10遍为3.64cm15遍时为4.54cm;20遍时为5.28cm,沉降量的获取消除了板底脱空,并使板下土路基一定程度得到加宽。

  破碎、压实后的水泥面板作为无应力状态下稳定下垫层与加密后的土路基一起为其上修建的新的加铺层提供稳定的支撑,具备一定的承载能力。

  与传统重锤破碎相比,采用冲击破碎、压实的方法每平方米节约近14元,整个项目节约518万元。

  由此可知,冲击式压实机用于就路面的升级改造,既可以充分利用废旧资源,有利于环保,同时又减免了从现有路面表面大清除以及返工的部分成本,加快了改建进度,已经被证明收益率高达60%的节省成本以及相比传统方法的时间,因此代表了旧公路的升级改造新的技术发展方向。