同济共振技术交流

共振碎石化技术原理与应用技术经验交流主讲人：袁捷工学博士，副教授同济大学道路与机场工程系2008.12广东·深圳汇报内容技术背景路用性能设计方法质量控制机理分析技术背景.旧水泥混凝土路面破碎技术破碎技术：打裂压稳B/S（Breaking/Seating）破碎压稳C/S（Cracking/Seating）碎石化（Rubblization）碎石化技术：多锤头碎石化法（MHB，Multi-HeadBreaker）共振碎石化法（RPB或RFB，ResonantPavementBreaker或ResonantFrequencyBreaker）共振碎石化技术：共振（Resonance）第1章我国既有水泥混凝土路面量多需改建、重建的比例大“白+黑”技术出现传统技术的不足各种破碎技术出现B/S、C/S法的不足碎石化技术出现MHB多锤头碎石化法的不足共振碎石化技术的成熟技术引入中国，上海开始防止反射裂缝破碎不彻底对地基影响大无法消除效果有限效果明显效果有限打裂压稳破碎压稳技术背景.技术比较技术背景.国内外应用简介MHB碎石化技术美国Wisconsin州公路Antigo设备有限公司（MHBBadgerBreaker®）开发，1995年，由Antigo建筑有限公司最早实施2002年，我国引进MHB技术，白改黑应用工程：山东（济南104国道、泰化路）浙江（35省道临石线）陕西（道勉县-略阳二级公路、汉中309省道）四川（成绵高速公路白马段）广东（清远-连州山区一级公路改建）广西（平果-百色二级公路改建）技术背景.国内外应用简介RPB碎石化技术1986年，JohnBrizzell（纽约州运输部的工程师）首次使用RPB共振破碎机进行道路破碎美国共振机械公司RMI（ResonantMachinesInc.ofTulsa,Oklahoma.）是从事此机械破碎施工的承包商无工程项目1-45+10+20+30+40+60+已在美国50个州中的38个州应用与推广应用里程超过13000km∙车道在智利、俄罗斯、白俄罗斯、乌克兰、加拿大均有使用RPB碎石化技术2004年3月，我国公路第二届科技创新高层论坛上，RMI公司向我国介绍了共振碎石化技术2005年到2008年间，我国上海市、四川、浙江等地多条公路改造工程中得到应用同济大学交通运输工程学院依托上海市的三条公路在国内率先开展了RPB碎石化技术的专题研究，正在编制上海市市政工程管理局地方标准清华大学土木水利学院在浙江省开展了共振碎石化的机理与应用技术的研究技术背景.国内外应用简介技术背景.工程实例跟踪观测表明，试验路段竣工通车运营迄今（沪青平公路试验路段已通车将近2年，金山大道和新卫公路已通车超过半年），路面运行良好，尚未发现裂缝等病害。共振碎石化层的路用性能.表观状况碎石化上层材料碎石化上下层分界面共振碎石化层上下两层的分化混凝土与钢筋的分离情况碎块的最大粒径：1、0~18cm内最大的碎石化块尺寸在12~15cm之间2、0~10cm内为7cm沥青加铺层紧密的裂缝碎石化上层(松散)碎石化下层(紧密)旧水泥混凝土路面的半刚性基层土基碎石化层上部破碎比较均匀碎石化层下部具有“裂而不碎”的特征共振碎石化层的路用性能.级配曲线01020304050607080901000.010.1110100筛孔尺寸(mm)通过质量百分率(%)级配碎石连续型1下限级配碎石连续型1上限级配碎石连续型2下限级配碎石连续型2上限级配碎石骨架密实型下限级配碎石骨架密实型上限碎石化层碎石化层（0~10cm内）级配与级配碎石级配对比图01020304050607080901000.010.1110100筛孔尺寸(mm)通过质量百分率(%)碎石化层级配砾石基层1下限级配砾石基层1上限碎石化层（0~10cm内）级配与级配砾石级配对比图01020304050607080901000.010.1110100筛孔尺寸(mm)通过质量百分率(%)级配碎石连续型1下限级配碎石连续型1上限级配碎石连续型2下限级配碎石连续型2上限级配碎石骨架密实型下限级配碎石骨架密实型上限碎石化层碎石化层（0~18cm内）级配与级配碎石级配对比图01020304050607080901000.010.1110100筛孔尺寸(mm)通过质量百分率(%)碎石化层级配砾石基层1下限级配砾石基层1上限碎石化层（0~18cm内）级配与级配砾石级配对比图筛分结果显示：①0~10cm内级配良好，位于级配碎（砾）石级配曲线之间，粉尘（0.075mm以下）含量为5.12％②0~18cm内级配和级配碎石骨架密实型下限级配曲线以及级配碎石连续型1下限级配曲线很接近，粉尘含量0.59％③粉尘含量均低于级配碎石粉尘含量的上限值（6％～7％）共振碎石化层的路用性能.弯沉PRI2100弯沉车车载数据采集系统采用PRI2100FWD弯沉测试车三条试验路均于破碎前后、加铺后进行了FWD测试。共检测1460个测点检测点个数破碎前破碎后加铺后小计沪青平公路1092032161金山大道1755833551113新卫公路328466182非试验路段44小计3166874571460共振碎石化层的路用性能.弯沉试验路段FWD弯沉比（碎石化前∶碎石化后加铺前∶加铺后）车道1车道2车道3车道4路段1路段2路段1路段2路段1路段2路段1路段2金山大道1∶7.4∶1.11∶6.1∶1.11∶7.2∶1.11∶7.5∶1.01∶5.8∶1.31∶7.1∶1.11∶9.1∶1.61∶7.2∶1.6新卫公路－1∶6.5∶1.71∶8.0∶1.61∶4.5∶1.1沪青平公路1∶6.4∶1.7－－－试验路段实测弯沉均值(0.01mm)车道1车道2车道3车道4路段1路段2路段1路段2路段1路段2路段1路段2金山大道26.326.827.527.126.927.624.131.6新卫公路30.628.127.126.0沪青平公路25.9－－－试验路段实测弯沉均值(0.01mm)车道1车道2车道3车道4路段1路段2路段1路段2路段1路段2路段1路段2金山大道23.220.324.017.223.415.723.419.0新卫公路19.614.514.223.4沪青平公路12.6－－－加铺前后路表实测弯沉对比（BB梁）碎石化后水泥砼板变为散粒层，顶面弯沉大幅度降低，实测弯沉的变化范围为：4.5~9.1倍之间。碎石化层经碾压后，顶面弯沉的变异性降低，普遍低于旧水泥路的水平。加铺后顶面弯沉较旧路顶面弯沉有所增加，幅度在1.0~1.7倍之间。成果3/7共振碎石化层的路用性能.弯沉试验路段代表弯沉(0.01mm)车道1车道2车道3车道4路段1路段2路段1路段2路段1路段2路段1路段2金山大道38.8(30.3)37.9(31.0)35.8(27.8)35.6(29.2)37.6(29.2)35.9(29.4)35.7(27.9)41.7(34.2)新卫公路48.3(31.2)39.3(25.6)35.3(23.0)38.7(25.2)沪青平公路37.4(32.2)－－－注：代表弯沉项括号内为温度修正后弯沉值。试验段NeAcAsAbld/0.01mm沪青平公路8,626,8371.01.01.0(1.6)25(39)金山大道12,946,7181.11.01.0(1.6)25(40)新卫公路6,543,6791.01.01.0(1.6)26(42)注：括号内表示按照柔性基层设计。试验路段加铺后路表代表弯沉汇总表试验路段设计弯沉汇总表设计规范要求：对采取柔性结构层和半刚性基层组合而成混合式基层的路面，是从柔性向半刚性过渡的结构，设计弯沉值应介于两者之间。柔性结构层大于30cm时，路面结构类型系数Ab取值为：1.6。碎石化层上加铺沥青混凝土与规范要求的条件基本吻合：碎石化层厚度20~30cm，沥青加铺层厚度一般12~30cm，两者相加大于30cm。旧水泥混凝土路面一般采用半刚性基层。成果3/7共振碎石化层的路用性能.弯沉试验路段实测弯沉均值(0.01mm)车道1车道2车道3车道4路段1路段2路段1路段2路段1路段2路段1路段2金山大道23.220.324.017.223.415.723.419.0新卫公路19.614.514.223.4沪青平公路12.6－－－基层结构和厚度/cm回弹弯沉/0.01mm基层结构和厚度/cm回弹弯沉/0.01mm40水泥砂砾21.820水泥石屑+30水泥石渣16.340石灰粉煤灰砂砾23.922.5石灰土碎石+22石灰土24.140石灰土砂砾24.225级配碎石+22石灰土36.620水泥石渣+30石灰土碎石18.435.5级配碎石70.6共振碎石化层的路用性能.回弹模量采用软件反算（通过FWD测得的弯沉反算各结构层模量）和承载板检测并计算相结合的办法。模量反算采用Evercalc及BAKFAA两种国外反算软件。Evercalc反算软件BAKFAA反算软件共振碎石化层的路用性能.回弹模量金山大道和新卫公路做了30个点，共计85次承载板试验。分别在破碎前三渣层顶面、破碎后三渣层、破碎后碎石化层顶面测试。承载板测次破碎前三渣层顶面破碎后三渣层顶面破碎后碎石层顶面小计金山大道23252270新卫公路55515小计28302785共振碎石化层的路用性能.回弹模量结构层模量厚度(cm)泊松比沥青加铺厚度13cm16cm20cm沥青加铺层0.25228825252330碎石化层250.3012149321112三渣层300.25155316871317砂砾石垫层150.35580543463土基4600.40146138112刚性层－0.201500沪青平公路试验路段结构层反算模量共振碎石化层的路用性能.回弹模量结构层厚度(cm)泊松比各结构层反算模量值(MPa)NH车道NL车道SL车道SH车道路段1路段2路段1路段2路段1路段2路段1路段2HMA250.2521242052220723352376207326712033碎石化层250.3010591075113710971105109212451094三渣层300.2517991647163414991582165717161341砂砾垫层150.35565423412393348415440335土基6000.40123117118104147117115108刚性层∞0.201500金山大道试验路段结构层反算模量共振碎石化层的路用性能.回弹模量新卫公路试验路段结构层反算模量结构层厚度(cm)泊松比各结构层反算模量值(MPa)EH车道EL车道WL车道WH车道HMA200.251850244625362674碎石化层250.31023112011571243三渣层300.251475157716361726砂砾垫层150.35311406420441土基8000.40122107110115刚性层∞0.21500共振碎石化层的路用性能.回弹模量010020030040050060070080090010000100020003000400050006000距碎石化路段起点距离(m)回弹模量(Mpa)碎石化层回弹模量碎石化层顶面当量回弹模量碎石化后半刚性基层顶面当量回弹模量碎石化前三渣层顶面当量回弹模量均值239.4MPa承载板测试计算旧路基层顶面当量回弹模量Et1碎石化后三渣层顶面当量回弹模量均值159.3MPa共振碎石化法会造成旧板下模量降低30%~40%共振碎石化层的路用性能.回弹模量测试结果：FWD现场检测数据反算结构层模量结果表明碎石化层动态回弹模量集中在700~1500MPa再对柔性基层及半刚性基层材料静态、动态回弹模量的调查统计，根据比例关系求得碎石化层材料静态回弹模量集中在500~900MPa通过承载板数据计算验证该静态回弹模量值是合理的承载板检测表明：金山大道碎石化层模量均值为673MPa，新卫公路为747MPa模量级配碎石碎石化层半刚性基层静态模量200~400MPa500~900MPa