解析公路瀝青路面防凍墊層設(shè)計(jì)

袁云帆

【摘 要】為確保低等級(jí)公路的行車安全，采取積極有效的措施，把路基的凍脹控制在合理范圍內(nèi)，是瀝青路面防凍墊層設(shè)計(jì)中需解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。本文從防凍墊層材料的選擇，以及防凍墊層厚度設(shè)計(jì)兩方面，探討了公路瀝青路面防凍墊層的設(shè)計(jì)問題，以提高路面整體的穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；防凍墊層；厚度；設(shè)計(jì)

1 防凍墊層材料的選擇

在瀝青路面的設(shè)計(jì)過程中，防凍墊層的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要，其對(duì)工程路面的施工質(zhì)量有著直接的影響。一般而言，瀝青路面的抗凍能力和墊層所選取的材料以及墊層厚度設(shè)計(jì)直接相關(guān)。其中，在選擇防凍墊層材料時(shí)，既要考慮路面材料的力學(xué)特性，還要考慮路面材料的穩(wěn)定性。以增強(qiáng)路面的抗凍能力。

1.1 路面材料在負(fù)溫下的力學(xué)特性

在確定瀝青路面抗凍設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)時(shí)，必須對(duì)路面防凍墊層材料的力學(xué)特性有所了解。因此，在瀝青路面施工過程中，必須先對(duì)正溫下具備一定變形能力的路面材料進(jìn)行測(cè)試，觀察其處于負(fù)溫狀態(tài)時(shí)，防凍墊層材料的變形能力和力學(xué)特性。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)低于一10℃以下的瀝青混凝土小梁施加垂直荷載超過其極限值時(shí)，小梁會(huì)發(fā)生斷裂。斷裂之后，瀝青路面的斷裂模量會(huì)隨溫度的降低增加。

1.2 路面材料的穩(wěn)定性

路面結(jié)構(gòu)材料的力學(xué)性質(zhì)是與路面的堅(jiān)固性、抗變形以及抗磨耗等能力有關(guān)，而路面材料的熱物理性質(zhì)主要和路面結(jié)構(gòu)材料的穩(wěn)定性相關(guān)。在瀝青路面防凍墊層的設(shè)計(jì)過程中，采用不同的基層材料，將給混凝土板造成不同程度溫度影響。其中，導(dǎo)溫性能相對(duì)較好的灰土基層材料，相對(duì)爐渣材料而言，混凝土板上的平均溫度在夏季偏低。相反的情況下，冬季它的平均溫度要高一點(diǎn)。這表明：受路面材料熱學(xué)性質(zhì)的影響，路面結(jié)構(gòu)和土基呈現(xiàn)出不同的溫度。所以，在進(jìn)行防凍墊層設(shè)計(jì)時(shí)，必須利用相應(yīng)的傳熱理論，計(jì)算出合適的防凍層厚度。

在選擇路面防凍層的施工材料時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇隔溫性能好、強(qiáng)度高的材料。但是在一般情況下，受條件的限制，無(wú)法做到兩者兼容。通常：路面材料熱物理性質(zhì)主要包括以下指標(biāo)：導(dǎo)熱系數(shù)、熱容量和導(dǎo)溫系數(shù)。

2 防凍墊層厚度的具體確定方法

在對(duì)路面的防凍層進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，第一步就是先確定好路面面層材料在負(fù)溫下的極限相對(duì)延伸度，這是設(shè)計(jì)控制指標(biāo)的重要組成部分。再次，就是計(jì)算出在這一控制指標(biāo)下，土基允許凍結(jié)的深度。同時(shí)，根據(jù)熱傳導(dǎo)理論，還應(yīng)計(jì)算出路面結(jié)構(gòu)下土基的實(shí)際冰凍深度。最后，將這兩者進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際的冰凍深度大于土基允許凍結(jié)的深度時(shí)，必須設(shè)置防凍墊層，實(shí)際防凍墊層的厚度，也需要根據(jù)熱傳導(dǎo)理論進(jìn)行推算。

2.1 土基允許凍深h1的近似計(jì)算

在保證水溫和土質(zhì)條件一致的情況下，土基凍深的大小將會(huì)直接影響到路面凍脹變形程度。把路面開始產(chǎn)生凍脹時(shí)土基的凍深甚至為Z1，同時(shí)假設(shè)路面對(duì)應(yīng)的延伸度為ε1。這時(shí)，要保證ε1的數(shù)值接近0，同理，把路面結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度所能承受的土基不均勻凍脹力使路面產(chǎn)生的相對(duì)延伸度設(shè)為ε2，相應(yīng)情況下，土基增加的凍深為Z2。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，必須保證ε1和ε2的和加起來小于或者等于路面面層材料在負(fù)溫下的極限相對(duì)延伸度。因?yàn)橹耙呀?jīng)提到過，ε1的數(shù)值接近0，所以ε2一定小于等于極限相對(duì)延伸度。這樣一來，對(duì)應(yīng)條件下，土基總凍深為Z1和Z2的和，也就是我們所說的土基允許凍結(jié)的深度。

2.2 土基實(shí)際冰凍深度的近似計(jì)算

從前面提及到的路面結(jié)構(gòu)材料熱物理性質(zhì)中，不難發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槁访娼Y(jié)構(gòu)不同，土基凍深之間存在一定的區(qū)別。所以，根據(jù)傳熱理論，近似地把路面的傳熱狀況視為多層平壁的一維穩(wěn)定傳熱過程。在這種假設(shè)下，進(jìn)而推導(dǎo)出土基實(shí)際冰凍深度的近似計(jì)算公式。

在這個(gè)過程中，假設(shè)路面是隔熱材料組成的，將其冬季在路面釋放出的熱量定為QL，大地釋放出的熱量定為QD。這種情況下，QL會(huì)小于或者等于QD。

3 結(jié)語(yǔ)

公路瀝青路面防凍墊層的設(shè)計(jì)是路面施工中的一項(xiàng)難點(diǎn)問題，就當(dāng)下的情況來看，尚未形成成熟的體系。本文提出的計(jì)算方法和理論，還存在一定的不足之處，有待在具體的施工過程中完善和發(fā)展。

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[責(zé)任編輯：張濤]endprint