碎石化技術在水泥混凝土路面改建中的應用

謝中友

（1.銅陵學院，安徽 銅陵 244000；2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230027）

碎石化技術在水泥混凝土路面改建中的應用

謝中友1，2

（1.銅陵學院，安徽 銅陵 244000；2.中國科學技術大學，安徽 合肥 230027）

在舊水泥混凝土(PCC)路面上加鋪熱拌瀝青混合料(HMA)是一種經濟耐久的改建方案，可以很好地恢復路面行車質量，提高現有道路的結構承載性能。但如果在現有的舊路上直接加鋪HMA面層，HAM面層內容易產生反射裂縫。碎石化技術通過把現有PCC面板破碎成碎塊，可以消除HMA加鋪層內的反射裂縫。

碎石化技術；舊路改建；HMA加鋪層

圖1 反射裂縫形成示意圖

1.引言

舊PCC路面的改建方案主要有修復現有混凝土路面、重建混凝土路面或加鋪其它面層。在舊PCC路面上加鋪HMA面層是一種經濟耐久的改建方案，可以很好地恢復路面行車質量，提高現有道路的結構承載性能。該方案施工簡便，改造周期短，施工期間不需全部封閉對向交通，對交通通行影響較小。

然而，如果在舊PCC路面上直接加鋪HMA面層，當PCC面板產生水平和垂直運動時，將會在接縫或裂縫附近的HMA面層內產生反射裂縫。碎石化技術通過把現有PCC面板破碎成碎塊，可以有效消除HMA加鋪層內的反射裂縫，從而提高整個道路的使用壽命和承載性能[1]。另外，碎石化技術不必把破損的水泥面板打碎搬走，節約了路基材料及運輸成本，提高了工程進度，大大降低了工程的總費用。因此舊PCC路面碎石化后加鋪HMA面層是一個優選的改建方案。

2.HMA加鋪層反射裂縫產生的機理

反射裂縫產生在PCC面板接縫或裂縫上方的HMA面層，如圖1所示。PCC面板會隨外界溫度變化而熱脹冷縮，由此引起HMA面層底部應力逐漸增加。當應力超過HMA材料的容許值時將在HMA面層底部產生微裂紋，并進而發展傳播到HMA面層表面。隨著環境載荷和車輛載荷反復作用，HMA面層內將形成多條裂紋并最終導致HMA表面出現明顯的損壞。

有多種技術方案可以用來消除HMA面層里的反射裂縫，主要包括：在HMA面層里鋸縫或粘縫；采用較厚的HMA面層；增加裂紋緩沖層；選用改性瀝青HMA面層，以及碎石化技術[2]。碎石化技術不需要在瀝青面層里鋸縫，也不需要額外增加瀝青面層厚度，是最經濟最成功的方法。

3.碎石化技術的基本原理、優點及適用條件

3.1 碎石化技術的基本原理

碎石化的基本原理是通過把面板破碎成小塊，顯著減小面板的有效長度，這樣將大大減小接縫和裂縫因溫度變化產生的水平位移，由此降低HMA面層底部的拉應力和剪應力，從而消除反射裂縫。另一方面，破碎PCC面板的等效模量是碎塊尺寸的函數，對加鋪HMA面層的承載性能有著重要的影響。當PCC破碎程度提高、等效模量減小時，HMA面層里產生反射裂縫的可能性顯著降低，但同時也會降低HMA面層的承載性能。因此，面板等效模量存在一個臨界值，確保HMA不會產生反射裂縫，同時又不會使HMA面層的承載性能降低過多[3]。

3.2 碎石化技術的優點

碎石化技術是把破壞的PCC路面轉化為高質量的集料，為HMA路面的提供優良的支撐基層。其優點主要有[4]：

（1）消除了反射裂縫；

（2）消除了PCC里存在的堿硅相互反應問題；

（3）與重建PCC相比顯著減少了施工時間；

（4）與重建PCC相比降低了工程造價；

（5）增加了HMA面層的使用壽命

3.3 碎石化技術的適用條件

并不是每一個破壞的PCC路面都適合碎石化后加鋪HMA面層，如高濕度弱路基上的薄PCC路面就不適合采用碎石化技術[5]。重點對交通量以及下列因素進行綜合分析評價后確定是否采用碎石化技術。

（1）現有路面病害，包括裂紋、接縫缺陷、路表缺陷等。區分現有道路的病害類型及其破壞程度，同時合理預測到施工之前可能發生的變化。

（2）現有路面結構，包括路面各層類型和厚度以及路肩狀況。通過鉆芯取樣和拉伸實驗檢測現有道路的結構，確定各層厚度和材料類型。由于施工時路肩需要承擔交通載荷，因此還需要評估路肩是否滿足需要。

（3）路基條件，包括土基類型，承載能力及干濕類型。在鉆芯取樣和拉伸試驗完成后，通過實驗測定土基材料是否滿足承載需要，同時為設計者提供必要的數據。如果路基是軟土，有必要限制碎石化的范圍，在某些情況改成其他的改建方案。

4.碎石化技術的施工過程及質量控制

4.1 碎石化技術的施工過程

碎石化技術的施工過程主要包括：

（1）現有路面的準備工作。如果PCC路面上已有HMA面層，應在破碎PCC之前加以清除。路面上的其他松軟材料，如松軟的修補材料、接縫填料和膨脹材料都應先行清除。另外，應將碎石化的PCC路面里的傳荷設施都必須與相鄰不改建的PCC路面完全割斷。

（2）設置排水系統。必須在碎石化之前設置好地下排水系統，對于軟弱路基或地下水位較高的地區，應盡量提前排除路基含水，使路基保持穩定。施工過程中排水系統應能有效排除PCC路面、基層以及路基的水流。

（3）確定地下公共設施位置及結構。在路面碎石化之前明確標出地下公共設施的位置和結構類型。在敏感的公共設施附近施工時應降低破碎能量以免造成損傷。

（4）選取破碎機械。破碎機械主要有共振式破碎機(RFB)和多頭式破碎機(MHB)。當基層與面板的總厚度較薄或路基較軟時一般采用RFB型破碎機，反之采用MHB型破碎機。[6-7]

（5）破碎后壓實。壓實的目的是確保混凝土碎塊具有足夠的穩定性，同時給HMA面層提供一個壓實的支撐面。壓實時采用Z型輪壓路機振動壓實2-3遍后，再用YZ18噸振動壓路機振動壓實2-3遍。

（6）鋪筑HMA面層。經過碎石化過程，PCC變成無粘結基層，承載力大大降低。在破碎并壓實的PCC表面鋪筑HMA面層與在壓實的粒料基層上鋪筑HMA面層類似。需要注意的是：在鋪筑之前都要保持PCC表面的壓實狀態，另外要控制好直接鋪筑在破碎路面上的瀝青下面層厚度。下面層必須要有足夠的厚度以覆蓋破碎的PCC表面并承受臨時車輛載荷。在最小厚度的HMA面層施工之前不允許車輛在碎石化的路面上行駛。

4.2 碎石化技術的質量控制

碎石化施工的質量控制是一項復雜而困難的事，一般采用觀察表面可見裂紋的方法，但表面裂紋有時很難真實反映碎石化的效果。為更好地確定碎石化的效果可以采用現場挖孔法，實驗孔必須用材料修補并壓實。規范一般要求碎石化路面表面顆粒尺寸不大于22-25cm，下半部分不小于30cm[8]。經驗表明，面板下半部分里30-45cm的碎塊不會對減少反射裂縫產生不利影響[9]。

碎石化路面內部的加強鋼筋可以不需處理，但暴露在表面的鋼筋必須截斷并移走。

5.結語

碎石化技術是一種經濟耐久的PCC路面改建方法，可以把受損嚴重的PCC路面很快改建成使用壽命長、承載性能良好的HMA路面。

［1］Fitts,G.L.Performance observations of rubblized PCC pavements[C].Proc.,2nd Int.Symp.on Maintenance and Rehabilitation of Pavements and Technological Control,Center for Advanced Infrastructure Technology of the Univ.of Mississippi,Auburn,Miss，2001.

［2］Decker,D.S.,and Hansen,K.R.Design and construction of HMA overlays on rubblized PCC pavements:State of the practice.Transportation Research Circular No.E-CO87[M].Transportation Research Board,2006，1-19.

［3］Rubblizing PCC Pavement and Placing a Bituminous Concrete Overlay,Construction Memorandum No.01-40[Z].Illinois Department of Transportation,2001.

［4］Illinois Department of Transportation.Special Provision for Rubblizing PCC Pavement[Z].2001.

［5］Kirk,P.Answer PCC failure with rubblization,asphalt overlay.Pavement Maintenance Techniques,(www.asphalt.com/mainpave.html)，2001，(1).

［6］Fitts,G.L.“Rubblization using resonant frequency equipment.”Transportation Research Circular No.E-C087[M].Transportation Research Board,2006，20-30.

［7］Thompson,M.R. “Rubblization using multi-head breaker equipment.”Transportation Research Circular No.E-C087[M].Transportation Research Board,2006，31-41.

［8］Illinois Department of Transportation.Guidelines for Rubblizing PCC Pavement and Designing a Bituminous Concrete Overlay[Z].2001.

［9］Chen,D.H.,Q.L.Huang,et al.(2008).Shanghai's Experience on Utilizing the Rubblization for Jointed Concrete Pavement Rehabilitation[J].Journal of Performance of Constructed Facilities 2008，22(6):398-407.

Application of Rubblization in the Rehabilitation of Cement Concrete Pavement

Xie Zhong-you1,2
（1.Tongling University,Tongling Anhui 244000，China；2.University of Science and Technology of China,Anhui Hefei 230027，China）

The use of hot-mix asphalt(HMA)overlays presents a long-term and economical solution to the existing Portland cement concrete(PCC)pavement rehabilitation problem.HMA overlays restore rideability,improve the long-term functional pavement performance as well as increase the structural capacity of the existing pavement system.However,directly placing an HMA overlay on the exiting PCC pavement would cause reflection cracking in the HMA overlay.Rubblization,by destroying the existing PCC slab into fragments,could eliminate the reflection cracking within the HMA overlay.In the paper,the mechanism of reflection cracking in the HMA overlay was analyzed,and the basic principle,advantage,construction process and quality control of rubblization were thoroughly addressed.

Rubblization;Rehabilitation of the existing pavement;HMA overlay.

U416.2

A

1672-0547（2011）03-0107-02

2011-03-15

謝中友（1976-），男，安徽懷寧人，銅陵學院土木建筑系講師，中國科學技術大學博士研究生在讀，研究方向：新型復合結構，新型路面結構。