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碎石化機械作業防反射裂縫作用研究
2019.05.30

 

美國綜合調查研究后認為:碎石化技術是防治反射裂縫的最好方法。為了防治反射裂紋,碎石化加鋪已成為舊水泥路面改造的主流。碎石化可按照工藝分為多錘頭碎石化和共振碎石化。本文依托江西省贛州市G319隘嶺至沙子崗段舊水泥混凝土路面碎石化改造,針對共振碎石化層在防止反射裂縫中的功能展開研究,并計算加鋪結構層。

 

碎石化工藝選擇

 

針對不同的碎石化方式。通過兩種破碎工藝優劣勢的對比分析,結合隘嶺至沙子崗段的實際特點,選定碎石化工藝。

 

隘嶺至沙子崗為山區公路,路基主要以高填方為主,兩側民居距離路邊較近,共振破碎工藝降低了沖擊打裂工藝對周邊環境的影響,克服了沖擊、多錘工藝不適應軟弱地基的情況。因此依托工程選用了共振碎石化處治方式。

 

共振碎石設備

 

共振機械(RPB)碎石化技術主要用在板塊完整性及結構性較差的舊水泥混凝土路面破除中。共振碎石化機產生高頻低幅的振動能量,振動能量傳遞到水泥混凝土板并被水泥混凝土板吸收。共振碎石機上裝配有傳感器,可以通過機載電腦自動調節碎石化錘頭的振動頻率,使錘頭與水泥混凝土板產生共振,并使舊路水泥混凝土板迅速產生破裂。

 

目前我國已自主研發成果共振破碎設備,其技術原理主要采用高頻低幅的液壓錘對水泥混凝土路面進行振動和錘擊雙重作用下進行破碎,破碎效果完全與美國共振碎石化設備一致。

 

共振碎石化前預處理

 

(1)交通管制及分流。在破碎施工之前,施工單位應制定全面的交通疏導組織措施,以滿足交通需求。施工過程中,應嚴格控制施工車輛在碎石化層頂面的行駛,避免由于車輪的摩擦和制動導致碎石化層結構破壞。

 

(2)瀝青混合料等修補材料的清除。瀝青層的存在,使得錘頭與水泥路面之間形成夾層,消弱作用力,直接影響碎石化施工質量。

 

(3)排水系統設置。路面碎石化處理前,應將土路肩挖除至混凝土路面底層同一高度或以下,設置碎石盲溝,以使碎石化層底部水分排干,避免其對基層的擾動。

 

(4)嚴重病害部位的處理。在路面破碎之前應對出現軟弱沉陷、松散基層等嚴重病害的部位進行修復處理。在修復時,首先對出現病害處的混凝土路面進行清除,之后對基層或路基進行檢查處理,最后用貧混凝土材料對開挖處進行澆注。

 

(5)構造物的標記和保護。施工前,應調查核實現有結構物情況,并在現場做出明確標記,必須在確保這些構造物不會因施工造成損壞的前提下,方可進行施工。

 

共振碎石化

 

施工工藝

 

共振碎石化已經有完善的施工工藝流程。

 

施工控制

 

根據筆者施工總結,認為在共振碎石化施工過程中應注意一下幾點:

 

(1)其施工順序一般由外側車道開始,順著車道方向進行共振。每1遍破碎寬度約0.2m。破碎1遍會對相鄰約5cm區域造成一定的碎裂,故為了避免過度破碎,可在破碎第2遍時與第1遍區域間隔5cm。

 

(2)碎石化后進行碾壓,禁止強振碾壓,弱振或靜壓即可滿足整平需求。由于共振碎石化與多錘頭碎石化最大的區別在于共振碎石化破碎粒徑更小,在強振作用下,上部碎石化層被碾壓破碎為粉狀,后期封層施工時,乳化瀝青滲透困難,上部形成一層油皮,不利于強度的形成及封水。

 

(3)封層石料的選擇。在瀝青封層施工中撒布石料,主要作用是為了方式瀝青粘輪,石料太細和撒布量過多,將會吸附大量的瀝青,變相減少封層瀝青用量,因此在施工中選擇4.75~9.5mm的石料,灑布量以不粘輪為標準。

 

共振碎石化層抗裂

 

反射裂縫是水泥混凝土路面加鋪的頑疾,常規措施無法解決,通過碎石化施工可以有效改善反射裂縫。對于碎石化施工后的水泥混凝土舊路面,結構層中的細密裂紋間相互嵌擠作用,使得原來單一的貫通裂縫成為了上下兩個獨立的部分。通過將碎石化層看做一個模量受損降低的均勻介質,可將原貫通裂紋處于瀝青混凝土層中的部分視為一個置于模量降低后的水泥混凝土上的獨立裂紋。由圖可以看出,碎石化使得裂縫的名義長度將遠小于未處置時的貫通裂縫長度。

 

裂紋名義長度變短將使得應力強度因子減小。從彈性力學和斷裂力學理論分析,碎石化層的模量會較未破碎前的減小,但模量減小只會增大路面的層間拉應變和裂紋的應力強度因子,這會使路面壽命縮短。碎石化層(尤其是碎石化表層)中的細密裂紋大大降低了原有貫通裂紋所產生的應力集中,消除了水泥混凝土層中原有貫通裂紋對瀝青混凝土層中裂紋的影響。破碎后模量的降低不是碎石化控制反射裂紋的原因,裂紋長度變短才是碎石化控制反射裂紋、同時,碎石化層結構類似與級配碎石,具有較高抗壓和抗剪能力,但是抗拉能力較差,但在實際應用過程中,碎石化層是三面受壓狀態,長程有序短程無序的裂縫,能夠吸收和消散以及荷載作用下的裂縫應變能,從另一側面印證碎石化層能夠有效改善反射裂縫病害的產生。

 

同時碎石化層還在一定程度上起到結構排水作用,保證基層和土基的干燥,避免由于結構層內水的存在促使半剛性產生沖刷脫空,最終減少反射裂縫的產生源頭。

 

結論

 

(1)通過斷裂力學分析,水泥混凝土路面進過碎石化施工后,能夠明顯縮短裂縫長段,降低裂縫尖端能量,削弱裂縫擴散能力;(2)共振碎石化施工過程中,應嚴格控制破碎粒徑,避免由于過度破碎,在碎石化層表層形成致密層,使得乳化瀝青難以透入,降低施工質量。
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