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1、2015年11月,西安长大公路养护技术有限公司,吴超凡 博士,旧水泥混凝土路面微裂式破碎再生技术规程,3、路面加铺层设计,1、立项目的,2、旧水泥路面再生处治,4、研究成果应用于其他领域,1、立项目的,1）水泥路面出现崩边、唧浆、错台、断板、沉陷、严重破碎等病害后，病害如何处理？如何改造？如何加铺？2）水泥路面加宽改造，加宽部分路基如何处理？3）水泥路面加铺沥青路面之后出现裂缝、沉陷、唧浆等病害，如何处理？,大难题？,1、立项目的,1）总体路况较好段：如何进行板底脱空检测、脱空处治、表面崩边、裂缝处治，以及加铺改造；2）总体路况一般段：破碎再生应达到何种标准，局部路面结构内病害如何检测与处治，
2、以及如何加铺；3）路况破碎严重段：旧路如何破碎再生，达到何种标准，以及如何加铺。,核心难点,破碎,唧 浆,错 台,路面通常破坏过程,严重破碎,1、立项目的,初始状态：均匀支撑,板中脱空：形成简支,边角脱空：形成悬臂,脱空板受力模式,2.1 旧水泥路面再生处治-路况较好段,结构缺陷，先天不足？,材料缺陷，后期修复？,路面脱空形式,水泥路面,基层,底基层,路基,1） 路基与底基层层间脱空： 路基不均匀沉降作用； 2）底基层与基层层间脱空： 3）面板与基层层间脱空：,结构层层间脱空,接缝、裂缝处荷载、水作用；,2.1 旧水泥路面再生处治-路况较好段,脱空检测现状,1） FWD检测：检测速度慢，准确率
3、一般，检测费用高，且需要专业的技术人员； 2）雷达检测：受层间材料的影响大（空腔可能充满水），室内判别等工作量大，检测费用高，需要专业技术人员； 3）弯沉检测：弯沉检测速度慢，现场检测人员多，检测对道路通行影响较大； 4）人工目测：操作方便但受气候、车辆、人为影响较大，只能定性分析，重现性差，而且只有出现大的脱空才能观测到。,技术难题：目前水泥路面脱空检测设备、检测方法难以满足工程实际应用，导致脱空病害处治没有针对性。,难点1：脱空检测仪器开发,智能脱空检测原理,刚性路面,声音样本采集,特征提取,分类器,取芯灌水,脱空样本库,微脱空样本库,非脱空样本库,智能脱空检测仪,脱空检测,数据处理,特征
4、比对,脱空判断,难点1：脱空检测仪器开发,脱空检测判别,非脱空测点产生的声音较“清脆”，能量主要集中在高频，无明显共振峰；脱空测点产生的声音类似于“闷鼓”声，能量主要集中在低频，且有几个较明显共振峰；微脱空介于两者之间。,非脱空声波,脱空声波,高频,低频,难点1：脱空检测仪器开发,1）脱空：板块钻孔后灌水，要求灌水量不少于500ml。 2）微脱空：板块钻孔后灌水，灌水量少于500ml。 3）非脱空：板块钻孔后灌水，无法灌入水。,智能脱空检测仪,难点1：脱空检测仪器开发,脱空检测正确率,智能脱空检测与弯沉检测对比,难点1：脱空检测仪器开发,识别率高：板底脱空检测脱空识别率高达80以上。 速度快：
5、检测速度比传统的FWD弯沉检测法快23倍。可操作性强：配套脱空检测判别软件的使用，使得脱空检测方便快捷。对交通影响小：设备体积小巧，检测一条车道仅封闭一条车道。检测数据处理快捷：水泥路面智能脱空检测仪现场实时输出检测结果。,难点1：脱空检测仪器开发,脱空检测仪特点,注浆目的：消除板底脱空，补强结构强度。,注浆前后检测弯沉检测与脱空检测,难点1：脱空检测仪器开发,难点2：注浆材料,（1）水泥净浆,水泥净浆：造价低，曾得到大规模使用，但流动度大（通常在60s以上），抗折强度低，泌水严重等； 改进方法：添加铝粉等膨胀剂减少泌水，但后期强度和耐久性显著降低；添加水玻璃，提高早期强度，但后期强度迅速降低
6、，并产生软化；添加减水剂提高浆液强度，但泌水和沉淀严重。 现状：造价低，曾得到大规模使用，由于效果差，现使用越来越少。,膨胀性高聚物：聚氨酯遇水膨胀，将路面结构层内的水排出，起到填充加固效果。 效果评价：有一定的补强效果，但无法固化软弱泥浆和加固粘结层间，加固效果有限。 现状：由于硬泡在荷载作用下产生蠕变，产生新的脱空，其疲劳使用寿命较短。,（2）高聚物浆液,难点2：注浆材料,难点2：注浆材料,（3）地聚合物：1972年法国Davidovits提出。,铝硅酸盐原料在碱性溶液中溶解。 溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙扩散。 凝胶相的形成，导致碱溶液和铝硅配合物之间产生聚合反应； 凝胶相逐
7、渐排除剩余的水分，固结硬化成矿物聚合材料块体。,（3）CD-1型地聚合注浆材料,（1）超高流动性：1216s （2）渗透性：渗入0.1mm缝隙； （3）与泥浆反应：激活土壤中的惰性材料发生聚合反应； （4）高抗折强度：大于15MPa。,难点2：注浆材料,难点3：崩边修复-高分子弹性混凝土,施工效果,水泥路面坑槽修补5年后效果图,施工工艺,施工 过程,封闭交通,坑槽切边,坑洞清理,封闭施工区域,沿坑槽外形进行方形切边,方形坑洞内及周边碎石、废渣清理,将坑槽修补料加热填入坑洞中,填料,填入修补料时分层整平压实,整平压实,开放交通,无需养护,难点3：崩边修复-高分子弹性混凝土,难点4：接缝与裂缝处治
8、,1)在路面脱空与表面病害处治后，加铺2cm AC-10层;2)然后在接缝与裂缝处固定宽度约30cm的高强纤维布，然后喷洒专用粘结胶，使高强纤维布与AC-10完全粘结为整体；3)接着喷洒粘层油，加铺上面层沥青混凝土。,难点4：接缝与裂缝处治,1、高强纤维布主要技术指标：弹性模量：1500018000MPa；断裂延伸率：3%5%。2、CD-1型渗透粘结胶主要技术指标：粘度：3.5*10-3pa/s;剪切强度：大于2MPa。,应用范围：结构层和路床基本无病害,板块断裂,结构层和路床基本没有病害。,河南G106信阳段,板块破碎,结构层可能松散、强度可能弱化。,河南G106信阳段,2.2 旧水泥路面再
9、生处治-路况一般段,破碎错台,路面结构层松散、强度弱化。,河南G106信阳段,2.2 旧水泥路面再生处治-路况一般段,破碎唧浆,路面结构层松散、强度弱化，路床可能已经湿软。,河南G106信阳段,2.2 旧水泥路面再生处治-路况一般段,难点：水泥面板破碎再生-打裂压稳,打裂压稳： 能否确保破碎板块稳定？,难点：水泥面板破碎再生-打裂压稳,难点：水泥面板破碎再生-打裂压稳,冲击点处出现发散式开裂,难点：水泥面板破碎再生-打裂压稳,效果：表面裂而不碎1）块度偏大：开裂块度0.60.8m2，开裂块度偏大；2）板块不稳：无法确保开裂板块下无脱空；3）表面光滑：破碎后表面微观构造深度小，与加铺层无法粘结为
10、一体。打裂压稳能稳吗？,难点：水泥面板破碎再生-打裂压稳,难点：水泥面板破碎再生-碎石化,碎石层能稳吗？,难点：水泥面板破碎再生-碎石化,难点：水泥面板破碎再生-碎石化,碎石层能稳吗？,难点：水泥面板破碎再生-碎石化,碎石化效果1）板块稳而太松：确保板块稳定，但结构层松动，采用压路机多遍碾压或开放交通碾压克服该缺陷。2）表面裂而太碎：表面块度极小，松散的碎石颗粒，采用喷洒乳化沥青克服该缺陷。,1）优点：没有反射裂缝；2）病害：容易出现车辙，推移和疲劳开裂破坏为主，特别对于重载道路、长大纵坡和急弯路段。,难点：水泥面板破碎再生-碎石化,20102012年进行“水泥混凝土路面改造打裂压稳成套技术与
11、装备”课题研究，研制出微裂式破碎设备。,解决难点1：微裂式破碎设备,成果通过省科技厅组织的专家鉴定，达到国际先进水平。提出了微裂式破碎再生的总目标：“板块稳且粗糙、表面裂而不碎”。,获得成果,解决难点1：微裂式破碎设备,该研究成果于2013年获得河南省科技进步叁等奖。,获奖情况,解决难点1：微裂式破碎设备,推广应用河南：宝石线、平郏线、舞钢城区路、鲁平大道、S318焦作段、S217焦作段、驻马店城区段、淮滨东环路等；广东：S213英德段、清（远）三（水）段等； 福建：G324福清段、S202、X304、泉州近年来路面改造等；安徽：滁州城区、S104线等等。正在应用目前在河南、安徽、湖北、福建、
12、广东等多条水泥路面改造设计已经采用该微裂式破碎技术，部分正在施工中。,解决难点1：微裂式破碎设备,减少加铺层反射裂缝,防止加铺层推移,处治目标,温度型裂缝,接缝宽度过宽型裂缝,层间咬合粘结力小于车辆的水平剪切应力,荷载型裂缝,充分利用旧路残余强度,板块之间相互嵌挤,板块开裂减小尺寸,减小接缝宽度,最佳开裂形式,最佳表面粗糙度,最佳残余强度形式,可容忍的接缝宽度,旧水泥路面处治拟达到的最佳标准,2.2.1 微裂式破碎目标-面板,力学计算结果,防层间推移：处治后旧水泥面板表层的最佳粗糙度为形成23cm深度的凹槽。,残余强度：处治后旧水泥板块最佳开裂形式是表面列而不碎，开裂裂缝以45开裂效果最优，。
13、,防放射裂缝：路面破碎块度0.00250.1m2，开裂后裂缝宽度小于1mm；沥青加铺层厚度为12cm时，接缝宽度2cm是临界容忍接缝宽度 。,2.2.1微裂式破碎目标-面板,应用效果,板块稳而不平：破碎压稳后板块下沉12cm，面板上形成大量小凹槽，该凹槽将沥青混凝土加铺层与旧水泥混凝土板隼接在一起。,防反射裂缝和推移,2.2.1微裂式破碎目标-面板,应用效果,表面裂而不碎(防反射)：清扫表面的碎石后，开裂宽度在0.10.3mm，表面微裂缝围成的块体大约520cm之间，开裂的块体相互嵌锁，形成一个整体。,防止反射裂缝,2.2.1微裂式破碎目标-面板,应用效果,小弯沉、均匀稳定,2.2.1微裂式破
14、碎目标-面板,2.2.1微裂式破碎目标-面板,DB41 /T 963-2014中 “ 5.1.1“说明,5.1.1 旧水泥混凝土面板厚度不大于26cm时，选择30KJ66KJ的破碎再生设备；在旧水泥混凝土面板厚度不小于26cm，基层强度较高、厚度较厚时，选择60KJ110KJ的破碎再生设备，但在旧水泥混凝土路面纵坡较大（通常不大于3%时）路段，还需配30KJ66KJ的破碎再生设备。,施工：选择微裂式破碎设备、破碎遍数、破碎工艺、碾压遍数等施工参数。,难点2：微裂式破碎后检测,承载力检测,微裂式破碎后，且通车若干天或碾压后，采用贝克曼梁或FWD进行结构承载能力检测，旨在找到弯沉较大的位置。,弯沉
15、和FWD检测,难点2：微裂式破碎后检测,微裂式破碎前后弯沉变化图,微裂式破碎前后弯沉变化图,难点2：微裂式破碎后检测,微裂式破碎前后弯沉变化图,难点2：微裂式破碎后检测,微裂式破碎前后弯沉变化图,难点2：微裂式破碎后检测,弯沉微裂式破碎后，通车若干天或用胶轮压路机碾压若干遍后，若路面出现严重变形，则路床必然湿软或积水，其他位置进行弯沉检测。 分析弯沉较大的位置，通常路面结构层已经弱化或者路床湿软。 DB 41/T 963-2014中“5.3.2”说明,5.3.2 旧水泥混凝土路面严重破碎路段，若局部弯沉值较大位置判定为软弱路基，应采用注浆补强或挖除换填夯实处理。,难点2：微裂式破碎后检测,预期
16、目标：,填充加固路面整个结构层、固化湿软路床。,DB 41/T 963-2014中“5.3.2条文说明”,5.3.2 .注浆处治建议方案：钻孔、注浆深度为穿透路面结构层，达到路基顶面下3050cm （或病害位置）后进行注浆加固补强。,难点3：路面非开挖式结构加固,施工工艺,解决难点3：地聚合物注浆加固,内部病害处治地聚物注浆脱空处治与结构补强,钻孔,清孔,注浆,封孔,解决难点3：地聚合物注浆加固,解决难点3：地聚合物注浆加固,解决难点3：地聚合物注浆加固,解决难点3：地聚合物注浆加固,总结：1、微裂式破碎后，原刚性路面变成柔性结构层，微裂破碎板块的底部支撑能力显得尤为关键；2、针对破碎后弯沉值大于60（0.01mm）的位置，采用地聚合物注浆后，弯沉值基本都下降到20（0.01mm），实现了非开挖式结构加固的目的。,
