如何才能徹底消除路面反射裂縫

1、.如何才能徹底消除路面反射裂縫2009年9月第9期城市道橋與防洪管理施工159如何才能徹底消除路面反射裂縫魏偉,金永興(上海市凱達公路工程公司,上海200601)摘要:該文針對"白改黑"和"白加黑"工程中出現(xiàn)的反射裂縫,提出用共振破碎技術(shù)徹底解決這一長期困擾工程界的技術(shù)問題.并且對以前和現(xiàn)在常用的處理方法進行比較,闡明為什么要將板塊破碎,破碎的機理是什么,用工程實例說明破碎法處理裂縫的后期效果.其內(nèi)容對類似工程有一定的借鑒和參考作用.關(guān)鍵詞:"白改黑"共振破碎;粒徑控制;設(shè)備選擇中圖分類號:U416.2文獻標(biāo)識碼:B文章編號:1009

2、7716(2009)090159040前言早在上世紀七,八十年代,我國許多城市都修建了大量的水泥混凝土路面.以后,隨著經(jīng)濟發(fā)展和城市范圍的不斷擴大,許多原本在郊區(qū)的公路也逐步納入到城市道路系統(tǒng),使城市舊路改造的任務(wù)越來越顯得繁重.尤其是那些修建年代較早,且損壞程度嚴重的水泥混凝土路面,現(xiàn)在基本上都已進入大修階段.對這種路面的處理,可能大多數(shù)業(yè)主都會選擇路面加罩瀝青混凝土的辦法,因為這是最直接也是最簡單有效的辦法.但殊不知采用這種方法大修過的路面,使用時間不長,板塊反射裂縫就一道一道顯現(xiàn)出來,汽車行駛在上面,如同走搓板路一樣.針對這種情況,用什么辦法才能徹底消除路面反射裂縫,使大修過的路面像新建

3、道路一樣行車舒適,并且使路面的使用壽命得以延長.筆者根據(jù)多年的設(shè)計和施工經(jīng)驗,認為采用共振破碎法可以從根本上解決這一問題.下面將結(jié)合工程實例,介紹這種可以徹底消除路面反射裂縫的方法,供各位同行參考.2過去和現(xiàn)在常用的方法以前,對損壞的水泥混凝土路面的處理基本有兩種辦法.一是維持原路面結(jié)構(gòu)形式,僅對損壞的混凝土板塊用環(huán)氧混凝土或快凝混凝土進行修復(fù);二是改變原路面形式,采用在混凝土板塊上直接加罩瀝青混凝土的辦法.這兩種辦法最不好的一點就是使用期太短,路面修好沒幾年,就出現(xiàn)裂縫,起皮,碎裂等病害,需要經(jīng)常維修(也稱打補丁).現(xiàn)在,隨著社會發(fā)展以及用于道路維修的各種新材料,新技術(shù)不斷出現(xiàn),對較早的水泥

4、混凝土收稿日期20090519作者簡介:魏偉(1955一),男,甘肅蘭州人,高級工程師,總工程師,從事道橋工程設(shè)計和施工技術(shù)管理工作.路面,大多省市都是采用加罩瀝青混凝土的辦法,也就是我們廣稱的"白改黑".在白改黑工程中,最難以解決的就是如何防止出現(xiàn)反射裂縫問題.為此,設(shè)計和施工單位想了許多辦法,從目前國內(nèi)控制反射裂縫的情況看,應(yīng)用較廣的辦法主要有:(1)貼縫法;(2)表處法;(3)破碎法三大類別.2.1貼縫法貼縫法的主要原理就是通過在原混凝土板縫上粘貼各種不同材料,使通過板縫釋放出來的地基應(yīng)力能夠均勻分布于路表,延緩由于應(yīng)力集中而在新加罩的瀝青混凝土表面產(chǎn)生反射裂縫.目前

5、在工程中常用的貼縫材料主要有:油毛氈,聚酯玻纖防裂布,自粘性道橋?qū)Ｓ梅懒涯z帶,纖維復(fù)合橡膠板等等.從貼縫法的應(yīng)用效果看,除油毛氈效果較差,一般鋪設(shè)12a后就會出現(xiàn)反射裂縫,而其他幾種材料,基本在35a才出現(xiàn)裂縫.由此看出,采用貼縫法不能從根本上消除路面反射裂縫的出現(xiàn).2.2表處法表處法是一種簡單,快速的處理路面裂縫的辦法.一般常用的方法有四種:一是在原混凝土板塊上鋪設(shè)510mm乳化瀝青稀漿封層;二是采用瀝青表面處治;三是用34cm細粒式瀝青混凝土罩面;四是用5cm改性瀝青(SMA)罩面.這幾種方法對快速處理路面裂縫非常有效,剛鋪設(shè)好的路面,如果僅從外觀效果看,與新建的道路基本沒有什么差別.但不

6、足的是,它不能準確估計道路使用壽命的長短時間,只保證短期之內(nèi)路面的外觀質(zhì)量達到行車舒適性的要求.通常情況下,路面使用1fl左右就會出現(xiàn)反射裂縫.采用改性瀝青或在原混凝土板頂加設(shè)玻纖格柵的路面雖然稍微好一些,但最長的使用壽命也不會超過2a.2.3破碎法破碎法是指將原混凝土板塊用鎬頭機或?qū)I(yè)破碎機破碎成最大塊徑不超過40cm的碎塊,然160管理施工城市道橋與防洪2009年9月第9期后在其上加罩瀝青混凝土.這種方法雖然也可以達到消除反射裂縫的目的,但由于塊徑尺寸大小不一,非均質(zhì),因此,時間一長,在新加罩的瀝青混凝土表面很容易產(chǎn)生不規(guī)則裂縫.如果雨水通過裂縫滲入路基,整個道路強度就會由此而受到影響.上

7、述種種因素表明,要想徹底消除反射裂縫的出現(xiàn),就必須從根本上解決問題,即:消除板縫,破壞板底應(yīng)力集中的條件.為了達到這一目的,提出了將原混凝土板全部震碎,碾壓密實后作為路基的一部分.這樣一種全新的設(shè)計思路,經(jīng)過大量的工程實踐,證明采用這種方法的確可以徹底消除反射裂縫,使道路的正常使用壽命得以保證.3共振破碎法的應(yīng)用以前所說的破碎法,是指舊水泥混凝土路面已大面積損壞或已經(jīng)喪失了整體承載能力時,采用大型風(fēng)鎬機將路面破碎拆除,按新設(shè)計的道路結(jié)構(gòu)層重新鋪設(shè)路面.后來,考慮成本問題,設(shè)計和施工單位基本都是采用對原混凝土板塊局部修復(fù),或?qū)€別損壞嚴重的板塊挖除重新澆注混凝土以及在板底壓漿補強等辦法,使已經(jīng)不

8、能達到結(jié)構(gòu)強度要求的混凝土板塊恢復(fù)其承載功能,然后在其上增鋪瀝青混凝土面層.而現(xiàn)在所說的共振破碎法,是指將原混凝土板塊通過專用機械,應(yīng)用高頻共振原理將板塊全部震碎,作為路基的一部分組合到整個道路結(jié)構(gòu)中,共同承擔(dān)路面荷載.下面從四個方面作簡要介紹.3.1反射裂縫的產(chǎn)生眾所周知,混凝土板底的土層中含有大量的水份,當(dāng)土層中的水分子受熱膨脹或受外力作用時,就會產(chǎn)生地基應(yīng)力,這種應(yīng)力如果受到限制,不能釋放出來,就會集聚在板底.當(dāng)集聚在板底的應(yīng)力達到一定的強度就會形成向上的沖力(膨脹力).此時,如果路面混凝土板塊間的縮縫沒有設(shè)置足夠的傳力鋼筋或根本就沒有鋼筋,強大的板底應(yīng)力就會由此釋放出來,其結(jié)果就是在已

9、經(jīng)加罩的瀝青混凝土面層上產(chǎn)生反射裂縫(見圖1).3.2為什么要將板塊震碎從圖1中不難看出,整個混凝土板塊是一個等厚的剛性體,惟獨縮縫處厚度減薄,是板底應(yīng)力最容易通過板縫釋放的地方.因此,即使在板縫處粘貼土工格柵或土工布之類的材料,時間一長,當(dāng)粘貼材料老化或因材料自身強度降低不足以抵抗地基應(yīng)力時,反射裂縫就會自然而然地出現(xiàn)在道IlJ載作用力工假職霉'一.d_._¨了一圖1反射裂縫形成示意圖路表面.這時,如果將原混凝土板塊全部震碎,破壞板底應(yīng)力集中的條件,讓剛性體變成均質(zhì)體,給應(yīng)力以無限大的釋放空間(見圖2),就會從根本上解決反射裂縫問題.這就是為什么要采用震碎方法將原來的混凝土

10、板塊全部震碎的原因.板塊震碎后(上層)完全呈碎裂狀板塊震碎后(中層)呈塊狀板塊震碎后(下層)呈塊狀劈裂狀瀝青混凝土加罩層板塊下基層一一,L,八J'.-.'.'.'.?.-.'.'.?.'.'.?.?.?.,'.'?.t.?:?.t.?t善麓謄豢善羞蕞善驀:t:?:?:_.:?:?:?:?:?:?:?:?:?:?:?:-:?:?:?:?:?:-:?:?:?:?:?:?:?】l?:?:?圖2路面結(jié)構(gòu)圖3.3震碎采用設(shè)備要將混凝土板塊全部震碎,用一般的鎬頭機是無法完成的,必須采用專業(yè)振碎機械.目前我國采用較多的振碎機主要

11、有多頭振碎機和單頭振碎機兩種形式.多頭振碎機有SP360型(12個錘頭),其設(shè)備后部平均配備兩排成對錘頭.這種設(shè)備在全寬范圍內(nèi)可以連續(xù)施工,錘頭的提升高度在油缸行程范圍內(nèi)可獨立調(diào)節(jié).該振碎機具備一次破碎4m寬(一條車道)的能力,最小震碎厚度可達80cm.2009年9月第9期城市道橋與防洪管理施工161單幅路面每天可破碎1500m1700m(圖3為國產(chǎn)多頭SP360型振碎機).圖3國產(chǎn)多頭sP36O型振碎機而單頭振碎機有國產(chǎn)和進口兩種機型,國產(chǎn)機由于機械振動功率所限,只能進行路面破碎施工,不能將板塊徹底震碎.而進口機由于機械振動功率大,錘頭接觸面較寬(20cm),板塊徹底碎裂的有效深度超過50c

12、m,并且機械行走速度較國產(chǎn)機快(膠輪),單幅路面每天可破碎700800m.3.4振動力的控制施工過程中振動力的控制對保證路基質(zhì)量有著舉足輕重的作用.根據(jù)研究報告,破碎后塊徑大小與引起反射裂縫的出現(xiàn)成正比,而與破碎后該層的結(jié)構(gòu)失效率成反比.即碎塊粒徑越大,作為基層使用的該層承載力越強,而由此引起的反射裂縫出現(xiàn)的可能性也就越大;粒徑越小,反射裂縫出現(xiàn)的可能性越小,但整體承載能力降低.正是由于破碎后塊徑大小與路基的承載能力有著正反比的關(guān)系,所以,振動力的控制就顯得尤為重要.根據(jù)工程經(jīng)驗,機械振動的頻率,應(yīng)根據(jù)混凝土板塊厚度進行選擇.板塊薄,頻率可以小一些,否則,可選用較大頻率.但總的原則就是,保證震

13、碎粒徑"下大上小",而結(jié)構(gòu)層模量則"上大下小".一般情況下,混凝土板塊底部最大震碎粒徑不超過35.5cm,中間不超過20.5cm,表面不超過5.5em.振動破碎的最佳效果就是板塊表面碎裂,中間龜裂,下層塊裂或呈劈裂狀.3.5施工技術(shù)要求無論是單頭機還是多頭機,在機械開動之前,都必須做到以下幾點:(1)首先必須將道路表面的所有障礙物清除干凈,并且在道路表面灑水,防止施工過程中由于震動產(chǎn)生的粉塵滿天飛揚,對周邊空氣造成污染.(2)施工過程中,機械行走線路必須保持順直,防止由于偏位造成局部漏震,行走速度不宜太快,一般應(yīng)控制在510km/h左右.(3)機械行走如

14、果遇到雨污水井,應(yīng)該馬上停止前進,避開井位,防止機械振動造成井壁坍塌.在對雨污水井內(nèi)部井壁進行加固后,無論是單頭機還是多頭機,方可繼續(xù)進行施工.但一般情況下,從安全考慮,未震部分最后都是由人工將井圈周圍混凝土鑿除.(4)施工過程中必須對周邊構(gòu)筑物和建筑物結(jié)構(gòu)變化情況隨時進行觀察.如果發(fā)現(xiàn)有震動引起的開裂現(xiàn)象,應(yīng)該馬上停止施工,請示報告有關(guān)部門,在得到批準后,方可繼續(xù)施工.(5)振碎機必須在全封閉的環(huán)境下進行施工,尤其是在交通繁忙地段,必須事先劃定施工區(qū)域,嚴禁一切非施工車輛通行.(6)由于破碎施工噪聲較大,因此,施工時間必須安排在白天進行,盡量避免夜間施工.4工程實例實例一:沈磚公路規(guī)劃紅線寬

15、度35m,采用四快兩慢布置形式,是由上海市區(qū)通往松江佘山旅游風(fēng)景區(qū)的一條主要交通干道.該路原設(shè)計為水泥混凝土路面,經(jīng)過十幾年的交通運行,16m寬的車行道(水泥路面)出現(xiàn)不同程度的損壞(損壞率大于27%).2004年經(jīng)市,區(qū)公路部門同意,開始進行"白改黑"改造工程.當(dāng)時采用的方法是,先對損壞的板塊進行加固,修復(fù),然后鋪設(shè)土工玻纖格柵,其上分別加罩8cm粗粒式瀝青混凝土和4em細粒式瀝青混凝土.改造后的路面,經(jīng)過一年半的通車運行,至2005年下半年,就出現(xiàn)大量的反射裂縫.經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn),反射裂縫主要出現(xiàn)在板塊縮縫位置,一道一道,車輛經(jīng)過時,顛簸感非常明顯.針對這種情況,建設(shè)單位積

16、極組織設(shè)計,科研等有關(guān)部門,分析原因,尋找新的解決方案,最終決定采用高頻低幅共振破碎技術(shù),對該段道路重新進行改造.為了驗證該項新技術(shù)的實施效果,該工程首先選擇(k14+800k14+600)段進行試驗.新設(shè)計的結(jié)構(gòu)層如下:4cm細粒式瀝青混凝土(AC一131)8cm粗粒式瀝青混凝土(AC一30I)30em粉煤灰三渣其下原鋪設(shè)的瀝青混凝土全部銑刨拆除,用高頻低幅共振破碎機將舊混凝土板塊全部震碎,作為路基的一部分.200m試驗段建成以后,經(jīng)過1a的通車觀察,路面再也沒有出現(xiàn)反射裂縫,試驗取得了令人滿意的效果.隨后,又用同樣的方法,對剩余路段全部進行改造,效果十分理想.162管理施工城市道橋與防洪2

17、009年9月第9期實例二:在嘉松公路"白改黑"工程實施之前,對同樣采用共振破碎技術(shù)進行"白改黑"的金山區(qū)金山大道進行了考察,考察中雖然沒有發(fā)現(xiàn)反射裂縫,但在個別路段上,卻有明顯的車轍出現(xiàn).這說明以前慣用的兩層式瀝青混凝土鋪在破碎后的水泥混凝土基層上厚度不夠,以至"底硬面軟",導(dǎo)致出現(xiàn)車轍.為了保證嘉松公路改造不再出現(xiàn)類似情況,對新設(shè)計的結(jié)構(gòu)層做了調(diào)整,即:用高頻低幅共振破碎機將原混凝土板塊全部震碎后,直接在破碎層上攤鋪三層瀝青混凝土,總的瀝青混凝土厚度達到16cm,具體結(jié)構(gòu)層如下:4cm細粒式瀝青混凝土(AC一13C)5cm中粒式瀝青

18、混凝土(AC一20C)加鋪一層玻璃纖維土工格柵7cm粗粒式瀝青混凝土(AC一30C)嘉松公路與沈磚公路的結(jié)構(gòu)層區(qū)別就在于:(1)取消了加鋪的粉煤灰三渣穩(wěn)定層;(2)面層的瀝青混凝土由雙層式改為三層式.從施工后的情況看,路面沒有出現(xiàn)車轍和反射裂縫,說明新改進的道路結(jié)構(gòu)層對破碎路面還是比較適用的,其路面質(zhì)量和使用結(jié)果都達到了預(yù)期的效果.5結(jié)語"白改黑"工程中出現(xiàn)的反射裂縫,多年來一直是一個難以解決的問題.雖然為了防止路面再次出現(xiàn)反射裂縫,設(shè)計和施工單位想了許多辦法,如:在舊混凝土路面的板縫上粘貼各種合成板材,土工織物,玻纖格柵等類能夠分散板底應(yīng)力的材料,試圖以此避免應(yīng)力集中,緩

19、解裂縫出現(xiàn).但都由于受材料質(zhì)量,施工技術(shù),交通流量和車載噸位大小等等因素的影響,實際應(yīng)用并未達到預(yù)想效果.有些"白改黑"以后的路面,裂縫出現(xiàn)的時間可能稍長一些(一般23a),而有些路面,通車不到1a,裂縫就顯現(xiàn)出來.?.''.0-.-'.-.-(上接第151頁)4.8臨時支座的拆除在二次張拉,灌漿,封錨完成,待灌漿強度達到100%后,方可對臨時支座進行拆除,將結(jié)構(gòu)承重轉(zhuǎn)化在永久支座上,完成簡支變連續(xù)體系的轉(zhuǎn)化.在紅棉立交施工中,臨時支座的拆除是整個橋梁上部構(gòu)造施工的難點.其操作措施和操作安全都是施工中須精心考慮的.由于墩頂混凝土澆注完成后,整個蓋梁位

20、置已經(jīng)完全被封閉,人工無法進入對臨時支座進行拆除.經(jīng)考慮在距墩頂最近處,搭設(shè)5.5m的木跳板,擱設(shè)在中橫隔板和端橫隔板之間,并在跳板上如何才能徹底消除反射裂縫,長期以來一直是人們關(guān)注和思考的問題.早在上世紀六七十年代,國外已經(jīng)對"白改黑"和"白加黑"工程中的反射裂縫問題有了深人的研究,其采取的最有效辦法就是將"板塊完全破碎",消除產(chǎn)生裂縫的條件,同時讓破碎層作為路基的一部分與路面結(jié)構(gòu)層共同承擔(dān)設(shè)計荷載.但是這種混凝土板塊的破碎技術(shù)并沒有人們想象的那么簡單.其中涉及到破碎機械振動的頻率大小以及板塊破碎粒徑的控制等等技術(shù)問題.破碎粒徑過大,雖然對路基承載有好處,但是依然有反射裂縫產(chǎn)生.而要讓破碎粒徑變小(即:將板塊全部震成碎石狀),勢必要采用較大的振動力,這樣會對墊層以下的土路基產(chǎn)生擾動,尤其對類似上海地下水位較高,極易產(chǎn)生液化的砂