自然因素對路面的影響及其應對方法

魏子杰

摘 要：本文主要從氣溫和濕度兩個方面分析了自然環(huán)境對路面路基的影響及其原因，指出了自然環(huán)境的應對不當給路面所帶來的各種危害。

關鍵詞：公路路面工程；自然環(huán)境；氣溫；濕度；影響；應對方法

路基路面結構直接裸露在大氣之中，除直接承受車輪荷載作用外，還直接受水、溫度、空氣、陽光等自然因素的影響。它們既有促進路面成型、穩(wěn)定等有利的方面，也有促使路面軟化、破壞和影響施工的不利方面。而且實踐表明，很多路面受到的自然力的破壞比遭受所施加的車輪荷載的破壞力更為嚴重。

路基土和路面材料的剛度和強度隨路面結構的溫度和濕度的變化有時會有很大幅度的增減。而且它們的體積隨路基路面結構內(nèi)部溫度和濕度的升降而引起膨脹和收縮。同時它們的幾何性質(zhì)和物理性質(zhì)隨溫度與濕度產(chǎn)生的變化，將使路基路基路面結構設計復雜化。如果在設計和施工的時候把自然因素考慮在內(nèi)，那么路基路面結構則在車輪荷載和自然因素共同作用下，將提前提前出現(xiàn)損壞，縮短路面的使用年限。本文則對此進行分析，探討自然因素對路面路基的影響及其應對方法。

一、自然因素對路基路面的影響

自然因素的影響主要表現(xiàn)在溫度和濕度兩個方面。路面結構的溫度和濕度的變化隨著周圍自然因素的變化而變化。這些變化使路面材料的性質(zhì)和狀態(tài)發(fā)生相應的改變。

1.濕度對路面的影響

（一）濕度不斷變化的主要因素

（1）大氣降水和蒸發(fā) 降水浸濕透水的路面并下滲而潤濕路基，或者沿路面的裂縫滲入路基。蒸發(fā)使水分從路基中逸出而促使路基趨于干燥。（2）地面水 地勢低洼及排水不良的時候，積滯在路面附近的地面水通過滲漏和毛細潤濕作用進入路基。（3）地下水 處于某一深度的地下水可以通過毛細潤濕和滲透作用進入路基。（4）溫度 當路基內(nèi)沿深度出現(xiàn)較大溫度坡差時，土中水分溫度差影響下以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處移動，并積聚在（或凝結）在此處。

（二） 濕度變化對路面的影響

濕度狀況的變化是影響路面結構強度、剛度和穩(wěn)定性的重要因素之一。路面中的水的影響與道路所在地區(qū)的自然條件、季節(jié)、雨量、氣溫、蒸發(fā)條件及道路本身的排水能力等因素有關。

土基中的毛細水上升高度取決于路基土質(zhì)和土基壓實度。路面滲水情況與路面面層類型和路面縱橫向坡度有關。地下水位的高低和地面滯水情況，也是影響路面濕度的重要原因。顯然，地下水位越高，地面滯水越多，路面越潮濕。反之，路面則干燥。為保證路面處于干燥狀況，首先要保證土基不過分潮濕。

2.溫度對路面的影響

（一） 決定路面溫度的影響因素

決定路面溫度的影響硬是主要為外部與內(nèi)部兩個方面

（1）外部原因。 主要是氣候條件，諸如太陽輻射、氣溫、風速、降水量和蒸發(fā)量等。其中太陽輻射和氣溫是決定路面狀況的兩項最重要的因素。射到路面的短波輻射熱，一部分被路面反射，余下的部分則被路面所吸收而增加其溫度。大氣和路面發(fā)出的長波輻射，構成了路面的再輻射，使路面放出部分熱量，大氣和路面的溫度差異，引起了對流熱的交換。風的作用加強了對流，使路面喪失了部分熱量。降水和隨后的蒸發(fā)都會顯著地降低由日照增加的路面溫度。（2）內(nèi)部因素。則為路面各結構層的熱傳導率、熱比容量和對輻射熱的吸收能力等，熱傳導率是單位溫度梯度條件下在單位時間內(nèi)垂直通過單位面積斷面的熱量，其值同材料的結構、孔隙率和濕度有關。熱容量是指單位質(zhì)量的物質(zhì)產(chǎn)生單位溫度變化時所需要的熱量。材料的熱傳導率或熱容量越高，則產(chǎn)生的溫度梯度越低。

（二）氣溫變化對路面的影響

大氣溫度同樣是影響路面結構強度的重要因素。同一路面，在炎熱的夏季和嚴寒的冬天可能有不同的使用品質(zhì)。就是在一天內(nèi)，路面的工作狀態(tài)有是有差異的，因此應考慮氣溫對路面的影響。

氣溫變化將直接影響路面強度或內(nèi)部應力的變化，因為氣溫的變化會導致路面本身的溫度發(fā)生變化。路面的溫度還受地溫和周圍環(huán)境的影響，例如公路的綠化、建筑群與公路的距離等地影響。在一般的情況下，氣溫升高，路面的溫度亦升高；反之，路面溫度降低。

（三） 溫度對水泥混凝土路面的影響及其應對方法

水泥混凝土路面受溫差的影響，將產(chǎn)生體積變化。在一年四季中由于溫差所引起的體積變化如果受到約束，將產(chǎn)生很大的溫度應力，有時還能超過荷載產(chǎn)生的應力。由四季變化引起的混凝土板內(nèi)的脹縮應力必須通過將混凝土路面劃分成一定尺寸的版塊來克服。此外還應考慮由于瀝青類路面晝夜溫度變化而引起的板頂與板低溫差所產(chǎn)生的瞧去應力。

二、應對自然因素的方法

1.對于復雜多變的自然因素，要在設計、施工前對該地的自然因素進行記錄并考慮在其中。

如溫度的變化規(guī)律、對溫度狀況的預測、對公路路面溫度場分析等等。

2.瀝青面層厚度對溫度有消減作用。瀝青面層厚度對溫度有消減作用，在瀝青路面溫度場分析中，弄清面層厚度與基礎頂面溫度波幅之間的關系，有助于根據(jù)基層材料的溫縮性能狀況來設計瀝青面層厚度，基層溫縮性小時，基層頂面允許的不開裂溫度波幅可大些，而而面層厚度亦可小些。

3.抗凍層厚度的設計。對于寒冷的地區(qū)，在道路設計時候要設計抗凍層。抗凍層的計算方法是根據(jù)按強度計算所確定的路面厚度H，可以計算出路基的容許凍深，則可按下式計算出路面的抗凍厚度：

H抗凍=H道路—H土基

式中：H抗凍——路面抗凍厚度；

H道路 ——道路凍深；

H 土基——路基容許凍深。

4.其他基本設施

（1）選擇適良好的路基用土填筑路基，必要時對路基上層填土作穩(wěn)定處理。（2）適當提高路基，防止水分從側面滲入或從地下水位上升進入路基工作范圍。（3）正確進行排水設計（包括地面排水、地下排水、路面結構以及地基的特殊排水）。（4）必要時設置隔離層隔絕毛細水上升，設置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積，設置砂墊層以疏干路基。

以上各項技術措施的宗旨在于限制水分浸入路基，或使已浸入路基水分迅速排除，保持干燥，提高路基的整體強度與穩(wěn)定性。

三、 結語

綜上所述，雖然自然因素的破壞力很強，但是諸多試驗和事實表明：只要在設計與施工中充分考慮周邊自然環(huán)境。那么自然因素的諸多不利還是可以避免，甚至可以加以利用。

參考文獻：

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