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碎石化施工防反射裂缝作用的研究

作者: 浏览量:270 发布时间:2017-05-09

最新综合调查研究后认为:碎石化技术是防治反射裂缝的最好方法。为了防治反射裂纹,碎石化加铺已成为旧水泥路面改造的主流。碎石化可按照工艺分为多锤头碎石化和共振碎石化。本文依托江西省赣州市G319隘岭至沙子岗段旧水泥混凝土路面碎石化改造,针对共振碎石化层在防止反射裂缝中的功能展开研究,并计算加铺结构层。
 
碎石化工艺选择
针对不同的碎石化方式。通过两种破碎工艺优劣势的对比分析,结合隘岭至沙子岗段的实际特点,选定碎石化工艺。
 
隘岭至沙子岗为山区公路,路基主要以高填方为主,两侧民居距离路边较近,共振破碎工艺降低了冲击打裂工艺对周边环境的影响,克服了冲击、多锤工艺不适应软弱地基的情况。因此依托工程选用了共振碎石化处治方式。
 
共振碎石设备
共振机械(RPB)碎石化技术主要用在板块完整性及结构性较差的旧水泥混凝土路面破除中。共振碎石化机产生高频低幅的振动能量,振动能量传递到水泥混凝土板并被水泥混凝土板吸收。共振碎石机上装配有传感器,可以通过机载电脑自动调节碎石化锤头的振动频率,使锤头与水泥混凝土板产生共振,并使旧路水泥混凝土板迅速产生破裂。
 
目前我国已自主研发成果共振破碎设备,其技术原理主要采用高频低幅的液压锤对水泥混凝土路面进行振动和锤击双重作用下进行破碎,破碎效果完全与美国共振碎石化设备一致。
 
共振碎石化前预处理
(1)交通管制及分流。在破碎施工之前,施工单位应制定全面的交通疏导组织措施,以满足交通需求。施工过程中,应严格控制施工车辆在碎石化层顶面的行驶,避免由于车轮的摩擦和制动导致碎石化层结构破坏。
 
(2)沥青混合料等修补材料的清除。沥青层的存在,使得锤头与水泥路面之间形成夹层,消弱作用力,直接影响碎石化施工质量。
 
(3)排水系统设置。路面碎石化处理前,应将土路肩挖除至混凝土路面底层同一高度或以下,设置碎石盲沟,以使碎石化层底部水分排干,避免其对基层的扰动。
 
(4)严重病害部位的处理。在路面破碎之前应对出现软弱沉陷、松散基层等严重病害的部位进行修复处理。在修复时,首先对出现病害处的混凝土路面进行清除,之后对基层或路基进行检查处理,最后用贫混凝土材料对开挖处进行浇注。
 
(5)构造物的标记和保护。施工前,应调查核实现有结构物情况,并在现场做出明确标记,必须在确保这些构造物不会因施工造成损坏的前提下,方可进行施工。
 碎石化施工防反射裂缝作用的研究
共振碎石化
 
施工工艺
 
共振碎石化已经有完善的施工工艺流程。
 
施工控制
 
根据笔者施工总结,认为在共振碎石化施工过程中应注意一下几点:
 
(1)其施工顺序一般由外侧车道开始,顺着车道方向进行共振。每1遍破碎宽度约0.2m。破碎1遍会对相邻约5cm区域造成一定的碎裂,故为了避免过度破碎,可在破碎第2遍时与第1遍区域间隔5cm。
 
(2)碎石化后进行碾压,禁止强振碾压,弱振或静压即可满足整平需求。由于共振碎石化与多锤头碎石化最大的区别在于共振碎石化破碎粒径更小,在强振作用下,上部碎石化层被碾压破碎为粉状,后期封层施工时,乳化沥青渗透困难,上部形成一层油皮,不利于强度的形成及封水。
 
(3)封层石料的选择。在沥青封层施工中撒布石料,主要作用是为了方式沥青粘轮,石料太细和撒布量过多,将会吸附大量的沥青,变相减少封层沥青用量,因此在施工中选择4.75~9.5mm的石料,洒布量以不粘轮为标准。
 
共振碎石化层抗裂
 
反射裂缝是水泥混凝土路面加铺的顽疾,常规措施无法解决,通过碎石化施工可以有效改善反射裂缝。对于碎石化施工后的水泥混凝土旧路面,结构层中的细密裂纹间相互嵌挤作用,使得原来单一的贯通裂缝成为了上下两个独立的部分。通过将碎石化层看做一个模量受损降低的均匀介质,可将原贯通裂纹处于沥青混凝土层中的部分视为一个置于模量降低后的水泥混凝土上的独立裂纹。由图可以看出,碎石化使得裂缝的名义长度将远小于未处置时的贯通裂缝长度。
 
裂纹名义长度变短将使得应力强度因子减小。从弹性力学和断裂力学理论分析,碎石化层的模量会较未破碎前的减小,但模量减小只会增大路面的层间拉应变和裂纹的应力强度因子,这会使路面寿命缩短。碎石化层(尤其是碎石化表层)中的细密裂纹大大降低了原有贯通裂纹所产生的应力集中,消除了水泥混凝土层中原有贯通裂纹对沥青混凝土层中裂纹的影响。破碎后模量的降低不是碎石化控制反射裂纹的原因,裂纹长度变短才是碎石化控制反射裂纹、同时,碎石化层结构类似与级配碎石,具有较高抗压和抗剪能力,但是抗拉能力较差,但在实际应用过程中,碎石化层是三面受压状态,长程有序短程无序的裂缝,能够吸收和消散以及荷载作用下的裂缝应变能,从另一侧面印证碎石化层能够有效改善反射裂缝病害的产生。
 
同时碎石化层还在一定程度上起到结构排水作用,保证基层和土基的干燥,避免由于结构层内水的存在促使半刚性产生冲刷脱空,最终减少反射裂缝的产生源头。
 
结论
 
(1)通过断裂力学分析,水泥混凝土路面进过碎石化施工后,能够明显缩短裂缝长段,降低裂缝尖端能量,削弱裂缝扩散能力;(2)共振碎石化施工过程中,应严格控制破碎粒径,避免由于过度破碎,在碎石化层表层形成致密层,使得乳化沥青难以透入,降低施工质量。
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