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1、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
2、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（Break and Seat）和打碎压稳（Crack and Seat）设备是国外常用的水泥混凝土板块破碎设备，也都
3、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-Head Breaker）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
4、”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,一、碎石化技术概述,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：,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,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
5、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1020%，可以减少间接成本5080%，减少综合成本3050%。,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。
6、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
7、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4767的5年新的碎石化处理沥青加铺层路面需要维修，有大约6787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
8、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
9、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
10、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(Resonant Pavement Breaker)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%；
11、（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: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；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；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。,二、
12、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,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
13、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CBR5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,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
14、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。,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：,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
15、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，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
16、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破碎操作的次序应在满足破碎效果的基础上保证有利于表面排水。一般情况下，应先破碎路面两侧的车道，这是因为两侧缺乏侧向约束，有利于破碎，然后破碎中部的行车道。破碎一个车道的过程中实际破碎宽度应超出一个车道，与相邻车道搭接部分，宽度至少15cm。,四、碎石化的施工工艺及质量控制方法,压实:压实的主要作用是将表面的扁平颗粒进一步破碎，同时稳固下层块料，为新建沥青面层提供一个平整的表面。为了防止压实过度而将碎石化层压入基层，应避免在潮湿的条件下进行压实操作，特别是在稳定性有问题的地方。压实按如下顺序进行：（1）Z纹
17、压路机至少三遍；（2）胶轮压路机一遍；（3）振动钢轮压路机一遍。（4）压实速度不允许超过5km/h。,四、碎石化的施工工艺及质量控制方法,撒布透层油压实:为使表面较松散的粒料有一定的结合力,建议用乳化沥青透层表面在撒布适量的石屑进行光轮静压,石屑用量以不粘轮为标准。透层油乳化沥青用量大约为3kg/m2,渗入深约3cm左右。,四、碎石化的施工工艺及质量控制方法,在整个破碎施工过程中，需要注意以下问题：（1）由于路面两侧缺乏侧向约束，容易破碎。一般情况下，应先破碎路面两侧的车道，然后破碎中部的行车道；（2）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士后影响排水；（3）一个车道的实
18、际破碎宽度应超过车道本身，与相邻车道搭接15 cm以上。（4）进行路肩破碎时，应适当降低锤头高度，减小落锤间距，既保证破碎效果，又不至于因破碎功过大而使破碎过度；（5）不得对破碎后混凝土路面进行修整以提高路面平整度或改善线形，以免破坏混凝土路面碎石化效果。对5 cm以上的低洼处应用密级配碎石粒料回填压实后再进行全面压实。,四、碎石化的施工工艺及质量控制方法,路面碎石化施工质量控制方法：（1）试验段设备参数推荐MHB破碎机械的主要控制指标是落锤高度和锤迹间距。这两个指标决定了冲击能量的大小和分布密度,最终决定了破碎后结构层的粒径分布特性和力学性质。初步选定的设备控制参数范围（经验值）,四、碎石化
19、的施工工艺及质量控制方法,（2）施工质量控制的一般过程选择代表性路段作为试验段，其长度最小为100米，在试验段中安排不同的锤迹间距（2cm级差）的子区段，每段长度不少于50米。根据破碎效果和设备控制参数进行调整。对不同锤迹间距的子区段粒径进行检测，选择对应的设备控制指标。检测回弹模量，验证是否满足要求。如果不满足可以采用增加落锤高度和减小锤迹间距的方法，增加破碎程度，降低变异性，达到质量控制指标要求。,五、MHB施工质量标准,2.MHB碎石化施工质量标准(1)路面碎石化后的粒径范围 一般来说，只要原路基CBR值大于5，且水泥混凝土路面基层与面层总厚度超过33cm，便可以采用碎石化技术。粒径控制
20、的标准为:,五、MHB施工质量标准,(2)路面碎石化后顶面的当量回弹模量 经过现场碎石化处理后，旧水泥混凝土板破碎层为小于37.5cm的颗粒，该层在路面改造后的新结构层中相当于粒料垫层或基层。回弹模量平均值应控制在150500MPa之间。,施工质量标准和检测频率,六、碎石化后加铺层的设计,碎石化后加铺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，且有明显的唧泥、板底脱空、错台的情况。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，其初期资金投入较要少，且不存在废弃旧混凝土板块的处置问题。另一方面，破碎后的旧水泥混凝土板块类似于级配碎石，又
21、有利于防止反射裂缝的产生。是最有应用前景的一种处置方法。,六、碎石化后加铺层的设计,初步设计：,六、碎石化后加铺层的设计,优化设计：,10MPa,10MPa,六、碎石化后加铺层的设计,确定交通量等级：式中：设计年限内一个车道上的累计当量轴次；路面竣工后第一年的日平均当量轴次；设计年限内当量轴次年平均增长率；车道系数，取值如。表3-7；设计年限，高速公路、一级公路为15年；二级公路为1012年；三级公路为8年,六、碎石化后加铺层的设计,初步设计时回弹模量计算：按可靠度方法折减后的旧水泥混凝土板块顶面破碎 后的当量回弹模量；当量回弹模量平均值，初步设计阶段时采用规范推荐值；根据顶面当量回弹变异系数
22、值。,六、碎石化后加铺层的设计,优化设计时回弹模量：经碎石化施工后,实测回弹模量重新计算沥青加铺层的厚度,若实测模量与预测模量相差在10MPa时，可认为是精确的，可以不进行改进设计。实测回弹弯沉代表值；顶面当量回弹模量平均值；可靠度系数；实测数据标准差。,六、碎石化后加铺层的设计,3.路面碎石化后回弹弯沉 在将原路基路面体系看作为计算弯沉相等的匀质体，同时考虑承载板测定回弹模量与弯沉测定回弹模量之间的差异的情况下，可以参照路面补强公式：式中：p弯沉测定车的轮胎压力；D与弯沉测定车双圆轮迹面积相等的承载板直径；l0原路面计算弯沉值；m1用标准轴载汽车在原路面上测得的弯沉值与用承载板在 相同压强条
23、件下所测得的回弹变形值之比;m2原路面当量回弹模量扩大系数;,四、试验段验证,1.试验段概况 G310新安境尤彰至县城段大修工程，K770+133.5k774+689.8、K779+3065k780+898.2段。该项目起于新安县尤彰村，经侯沟村、游沟村、八陡村、柳弯村，止于新安县，路线全长10.7647公里，现有路面为水泥混凝土路面。原路线型为二级公路标准，本段旧水泥路面路面面板断板错台现象、沉陷现象比较严重，情况较复杂。另外，水泥混凝土路面也出现了坑洞、露骨、拱起、平整度差、卿泥、裂缝等破坏，路面破损率较大。由于车辆的超载、混凝土自身的原因、使用寿命等一系列的问题是水泥混凝土路面的破坏发展
24、迅速，影响了公路的正常营运和安全。该段公路到目前为至，已出现了多种类型的公路病害，部分路段病害严重，车辆无法通行。,四、试验段验证,适用条件判定：通过对原路面的调查情况，旧水泥混凝土路面超过10的路面需要开挖修补，板的脱空率满足30%TKL50%，原路基的平均CBR值大于5具备MHB施工条件。,四、试验段验证,施工工艺：用LX400多锤头水泥混凝土路面破碎机破碎试坑验测“Z”字型压路机振动压实2遍ZY18型压路机振动压实1遍静压1遍撒布乳化沥青透层油均匀撒布石屑用ZY18型压路静压2遍12小时后进行下道工序。破碎 碾压一遍 碾压二遍 撒布透层油表面,四、试验段验证,实体工程观测及鉴定分析 试验
25、路于2009年5月完成通车，2009年6月课题组对试验路使用状况进行调查，原有水泥混凝土路面经过碎石化技术改造，路面使用状况良好，无横缝、纵缝、龟裂、车辙等病害。2009年10月再次对试验路进行调查，路面使用情况得到很大改善，路面平整，行车舒适。如图7-17所示即为试验路碎石化完成后的使用情况。,六、有待解决的问题,1.现场土基CBR与E0的关系，各地的关系式均有差异，这反映了地区性与土性的差异。因此要根据工程的具体情况采用相应的对应关系，并由现场数据进行回归，从而得到CBR值和E0之间的关系。根据经验公式由CBR值计算路基回弹模量这种方法比较简单，但存在不同的土质条件经验公式不相同的缺点。因此在下一步的研究过程中尚需进一步开展。,六、有待解决的问题,2.碎石化碾压后与原路基成为一个整体，视为路基部分。铺水稳基层，然后铺筑沥青路面（3.5+4）。从本质而言，仍然是半刚性沥青路面。由于此种沥青路面易出现早期破坏，现在逐步向柔性基层沥青路面、加厚沥青面层厚度等过渡。因此应对其它路面结构形式铺筑试验段研究，积累更多的此方面经验。,谢谢各位领导和专家,
