季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計研究

黃波

摘 要：文章從設(shè)計的角度出發(fā)，在明確了季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響的基礎(chǔ)上，分析了季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計流程與要點(diǎn)，并就具體的案例展開分析，以期為類似工程提供有價值的參考。

關(guān)鍵詞：溫度循環(huán) 瀝青混合料性能 瀝青路面設(shè)計

1.引言

我國分布有較廣的季節(jié)性凍土區(qū)，此區(qū)域?yàn)r青公路的修建面臨著一個重要的問題——凍結(jié)、融化破壞，基于此，必須從設(shè)計階段出發(fā)，在充分考慮交通量、車輛荷載以及氣候的基礎(chǔ)上，合理確定瀝青路面結(jié)構(gòu)，切實(shí)減少路面早期破壞，延長使用壽命。

2.季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響

我國疆域遼闊，跨越35個緯度、61個經(jīng)度以及多個氣候帶。如圖1所示，我國各類型凍土（多年凍土、季節(jié)凍土、短時凍土）分布廣泛，其中季節(jié)凍土的面積占比最大，長江以北各省區(qū)都有季節(jié)凍結(jié)層分布，共計約514萬km2（不含凍土地區(qū)融區(qū)地帶的季節(jié)凍土），在我國領(lǐng)土中占比達(dá)到了54%。由此，必須針對季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響及其瀝青路面設(shè)計問題展開探討，以切實(shí)提高我國瀝青道路質(zhì)量，為人民出行提供可靠的交通網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)季節(jié)性凍土地區(qū)的氣候條件分析顯示，其往往季節(jié)、晝夜的溫差均較大，由此導(dǎo)致瀝青公路面臨著頻繁的凍融，從而對瀝青混合料性能產(chǎn)生了較大的影響，具體可歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）抗壓強(qiáng)度下降：瀝青混合料內(nèi)部空隙在凍結(jié)水的作用下，逐漸增大，同時空隙相互貫通的情況增加，整體抗壓強(qiáng)度下降；

（2）抗壓回彈模量下降：溫度升高后，瀝青混合料內(nèi)部凍結(jié)水開始融化、擴(kuò)散，由此空隙會有所恢復(fù)，但并無法回到原有的狀態(tài)，當(dāng)溫度多次循環(huán)后，瀝青混合料的損傷會呈現(xiàn)一個不斷積累的狀態(tài)，由此抗壓回彈模量持續(xù)下降；

（3）劈裂強(qiáng)度下降：在不斷凍融中，水會逐漸滲透接觸到集料，使集料與瀝青粘結(jié)力下降，由此在溫度多次循環(huán)后，混合料劈裂強(qiáng)度會顯著下降。

3.季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計要點(diǎn)

基于季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響，當(dāng)瀝青路面性能逐漸下降，無法滿足重載交通要求，瀝青路面破損情況將會較為嚴(yán)重，主要破壞形式包括車轍、推移、松散、坑洞、裂縫、路基永久變形、卿漿等?；诖耍仨氈匾暭緝鰠^(qū)重交通瀝青路面設(shè)計工作，切實(shí)延長瀝青路面使用壽命。

通過對季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計分析可知，其影響因素眾多，主要可以歸納為以下幾點(diǎn)：① 氣候環(huán)境因素；② 施工道路的土基情況；③ 施工道路的交通情況，如車輛荷載、交通流量等；④ 結(jié)構(gòu)層材料因素。上述因素均會直接或間接影響季凍區(qū)重交通瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對此文章提出設(shè)計流程如下：交通荷載參數(shù)、季凍區(qū)環(huán)境參數(shù)、土基狀況分析、材料狀況分析、防凍厚度分析→結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計和材料性能試驗(yàn)→該地區(qū)路面結(jié)構(gòu)損壞模型分析→疲勞破壞、結(jié)構(gòu)永久變形破壞、低溫縮裂破壞→破壞標(biāo)準(zhǔn)→結(jié)構(gòu)層厚度組合和材料組成設(shè)計。

根據(jù)季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計流程與相關(guān)工程實(shí)踐，現(xiàn)將其設(shè)計要點(diǎn)歸納如下：

（1）對道路的交通量情況進(jìn)行調(diào)查分析，并以此為數(shù)據(jù)支撐，合理選擇設(shè)計軸載，考慮到我國實(shí)際交通運(yùn)行情況，需將重載、超載等情況納入考慮，切實(shí)保證路面設(shè)計方案滿足實(shí)際運(yùn)行需求。

（2）對道路所在地區(qū)的氣候情況進(jìn)行調(diào)查，可利用氣象資料為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持，主要需考慮的因素為溫度、濕度，通過選取合理的溫度、濕度修正系數(shù)，優(yōu)化季凍區(qū)瀝青路面設(shè)計方案，保證其使用性能與壽命。

（3）對道路沿線土基情況進(jìn)行勘測，科學(xué)制定土基處理方案、確定土基模量。

（4）對道路瀝青路面以及基層的材料開展試驗(yàn)檢測工作，全面掌握材料性質(zhì)，如：模量、疲勞壽命等。

（5）在一定的安全系數(shù)下，綜合交通量、氣候調(diào)價、土基情況、材料性質(zhì)，合理制定路面結(jié)構(gòu)組合方案，并確定各層的厚度。

（6）根據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案展開試驗(yàn)路段施工，并開展試驗(yàn)檢測工作，進(jìn)行疲勞、永久變形、抗剪強(qiáng)度、低溫縮裂評價。

（7）將評價結(jié)果與路面結(jié)構(gòu)的損壞標(biāo)準(zhǔn)對比，驗(yàn)算抗凍層厚度，判斷路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是否滿足要求，否則需對方案進(jìn)行修改、優(yōu)化。

（8）對道路的多種瀝青路面設(shè)計方案開展技術(shù)經(jīng)濟(jì)性對比分析，選取最優(yōu)方案。

4.實(shí)例探析

4.1工程概況

文章以某季凍區(qū)重交通公路瀝青路面設(shè)計為例展開具體分析，此路段全長為1.5km，寬度為40.5m，交通組成以貨車和重載車為主，就交通量而言應(yīng)為重交通地區(qū)，對此，必須結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉⒔煌顩r，通過深入分析研究，確定高質(zhì)量、長壽命的瀝青路面結(jié)構(gòu)。

4.2瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

綜合此季凍區(qū)公路路面的環(huán)境、氣候、交通量，本項(xiàng)目提出了3種路面結(jié)構(gòu)方案，見表1。

在表1的3種方案中：

（1）方案1的主要特點(diǎn)是增厚了半剛性粒料層、增加了防凍墊，由此應(yīng)對季凍區(qū)的凍融問題，與其他兩個方案相比，瀝青層較薄，造價也較低。

（2）方案2的主要特點(diǎn)是增加了防反射裂縫層，由此可有效防止裂縫、凍脹病害的出現(xiàn)，同時此方案采用的Sup-25 混合料，在抗疲勞、耐久性方面表現(xiàn)更佳，面層較厚，有利于緩解瀝青結(jié)構(gòu)層的損傷。

（3）方案3的主要特點(diǎn)是上面層采用的BLSMA-16，其是按照貝雷法設(shè)計所得，在季凍區(qū)大縱坡路段十分適用，在抗滑耐磨、抗剪切、耐高溫方面表現(xiàn)更佳，上基層采用的柔性基層，也有利于減少反射裂縫。

4.3現(xiàn)場試驗(yàn)情況

以方案1、2、3開展試驗(yàn)路段鋪筑，分別可得試驗(yàn)路段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，對試驗(yàn)路段展開測試，主要控制指標(biāo)如下：

（1）應(yīng)變響應(yīng)：選取不同車輛重量（25.3t，35.0t，42.6t）、不同車速（10km/h、35km/h、55km/h）進(jìn)行重復(fù)測試，應(yīng)變傳感器均在車輛輪跡處。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)路段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ瀝青層底應(yīng)變響應(yīng)結(jié)果均滿足設(shè)計要求。

（2）土基頂面壓應(yīng)變：頂面埋入壓力傳感器，測量路面頂部壓應(yīng)變的情況，根據(jù)結(jié)果顯示，軸重較?。?5.3t、35t），3條試驗(yàn)路段拉應(yīng)變均為>200με，雙軸軸重增至42.6t，拉應(yīng)變>200με的值占比增多，其中試驗(yàn)路段Ⅱ、Ⅲ拉應(yīng)變占比<20%， 試驗(yàn)路段Ⅰ占比達(dá)到了30%～50%。由此可見，其他因素相同情況下，載重較小路段，從節(jié)約成本角度來看，方案1更優(yōu)；對于載重較大路段，方案2、3更能滿足要求。

（3）路表彎沉值：采用貝克曼梁法測定，根據(jù)結(jié)果顯示，下面層方面：試驗(yàn)路段Ⅱ、Ⅲ采用Sup-25，彎沉值明顯較??；上基層方面，試驗(yàn)路段Ⅲ采用ATB-30，彎沉值較小?？傮w來看，方案3表現(xiàn)更優(yōu)。

5.結(jié)束語

綜上所述，季凍區(qū)瀝青公路由于受到溫度循環(huán)的影響，路面性能不斷降低，難以承受較大的車輛荷載或是交通量，極易引發(fā)傾泥、翻漿、坑槽、剝落等病害，甚至不少季凍區(qū)的瀝青路面在建成通車短期就出現(xiàn)嚴(yán)重破壞，由此必須在設(shè)計階段就要針對公路的氣候特性、交通參數(shù)等展開針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證公路運(yùn)行質(zhì)量滿足要求，促進(jìn)我國交通網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定發(fā)展。

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