基于環(huán)保理念的特殊橋梁工程路基路面材料選擇與性能研究

摘要 該文旨在探索基于環(huán)保理念的特殊橋梁工程路基路面材料選擇與性能。以G工程為案例，分析傳統(tǒng)材料與環(huán)保材料之間的差異性，根據(jù)分析選擇了再生混凝土（EcoMix-200）、透水混凝土（AquaPermea-300）、植筋土（GreenMesh-100）作為路基、路面材料，并進行了性能測量，測試結(jié)果顯示：三種材料的抗壓強度、疏水性等指標均表現(xiàn)優(yōu)秀，符合設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞 環(huán)保理念；特殊橋梁；橋梁工程；路基材料；路面材料

中圖分類號 U416.1;U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）14-0068-03

當前，全球環(huán)境問題日益突顯，氣候變化、資源枯竭、生態(tài)破壞等不可忽視的挑戰(zhàn)催生了對可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。傳統(tǒng)橋梁工程往往在材料選擇與施工過程中忽略了對環(huán)境的影響，導(dǎo)致資源浪費、污染排放等問題的日益加劇[1]。因此，該文以環(huán)保理念為出發(fā)點，選取橋梁工程的路基路面材料為研究對象，旨在深入探索在環(huán)境友好型橋梁工程中，選擇合適的路基、路面材料所涉及的關(guān)鍵技術(shù)與性能參數(shù)。

1 項目概況

該研究選取了位于貴州峽谷區(qū)的G典型特殊結(jié)構(gòu)橋梁作為研究對象，旨在基于環(huán)保理念深入研究路基路面材料的選擇與性能優(yōu)化。該橋梁地理位置獨特，位于云貴高原東南坡向廣西丘陵過渡地帶，地形復(fù)雜，環(huán)境條件多變。橋梁全長532 m，主跨設(shè)計為174 m的特殊高架橋。該工程地處峽谷區(qū)，地形多變，考慮地質(zhì)差異，橋梁基礎(chǔ)采用深基礎(chǔ)設(shè)計，通過深層地質(zhì)勘探，確定了多層次的基巖結(jié)構(gòu)。橋梁結(jié)構(gòu)采用空間曲線設(shè)計，來適應(yīng)峽谷的曲線形態(tài)，并結(jié)合數(shù)字化建模技術(shù)，優(yōu)化了橋體形狀，提高了橋梁整體抗風性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

2 路基材料選擇與對比

在特殊橋梁工程中，路基材料的選擇對整體工程的環(huán)保性和性能表現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。該研究以環(huán)保理念為導(dǎo)向，深入探討不同路基材料的選擇，并進行性能對比研究，進而尋找最適合特殊橋梁工程的可持續(xù)解決方案。

2.1 傳統(tǒng)路基材料

（1）瀝青混凝土。傳統(tǒng)常用的路基材料之一，具有較好的抗壓性和耐久性，但其生產(chǎn)過程涉及大量能源和天然資源消耗，且產(chǎn)生的有害氣體會對環(huán)境造成影響[2]。

（2）碎石土。另一種傳統(tǒng)選擇，具有較好的排水性和承載能力，但在挖掘和加工過程中可能對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，同時資源開采對地質(zhì)環(huán)境也帶來一定風險[3]。

2.2 環(huán)保路基材料

（1）再生混凝土。采用廢棄混凝土回收再利用，降低了新鮮水泥的使用，減少了對自然資源的開采，同時能有效減少建筑廢棄物的堆放量，符合環(huán)保理念[4]。

（2）植筋土。利用植物纖維增強的土壤，不僅具有較好的抗壓性和排水性，還有助于土壤的生態(tài)穩(wěn)定，有利于植被的生長和根系的發(fā)育[5]。

2.3 路基材料對比分析

路基材料對比如表1所示。

根據(jù)表1所示，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）環(huán)保性方面。傳統(tǒng)路基材料在生產(chǎn)和使用階段可能產(chǎn)生大量二氧化碳和其他有害物質(zhì)，而環(huán)保路基材料如再生混凝土和植筋土，在制備過程中減少了對新鮮資源的依賴，有利于減少碳足跡和環(huán)境污染[6]。

（2）經(jīng)濟性方面。傳統(tǒng)路基材料通常在市場上較為成熟，成本相對較低。而環(huán)保路基材料的成本可能略高，但考慮長期的環(huán)保效益和可持續(xù)性，整體經(jīng)濟性值得進一步探討。

（3）性能方面。針對特殊橋梁工程的要求，路基材料的抗壓性、耐久性、排水性等性能需要進行深入對比，確保選擇的材料能夠滿足工程的長期穩(wěn)定性和安全性要求。

3 路面材料選擇與對比

在特殊橋梁工程中，路面材料的選擇對于工程的安全性、耐久性以及整體環(huán)保性具有重要影響。該研究以環(huán)保理念為導(dǎo)向，深入研究不同路面材料的選擇，并進行性能對比，旨在為特殊橋梁工程提供環(huán)保、穩(wěn)定且經(jīng)濟的路面設(shè)計方案。

3.1 傳統(tǒng)路面材料

（1）瀝青混凝土路面。瀝青混凝土路面是一種常見的道路鋪設(shè)材料，其主要成分包括瀝青（瀝青膠）、礦料（骨料）和細料。

（2）瀝青面層。瀝青面層是瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)中的表層，由瀝青與骨料混合形成。

3.2 環(huán)保路面材料

（1）透水混凝土路面。透水混凝土路面具有良好的透水性，通過其表面的微孔結(jié)構(gòu)，能夠促使雨水迅速滲透到路面下層，減緩雨水徑流并有助于地下水的補給。

（2）再生橡膠路面。再生橡膠路面原料來自廢棄輪胎和橡膠制品，通過加工和再生工藝，將橡膠顆粒與適當?shù)臑r青混合，形成路面材料。

3.3 路面材料對比分析

路面材料對比如表2所示。

根據(jù)表2所示，可以得出如下分析：

（1）環(huán)保性方面。傳統(tǒng)路面材料在生產(chǎn)和使用階段可能產(chǎn)生大量有害物質(zhì)，而透水混凝土和再生橡膠路面采用了環(huán)保材料，有助于減小對環(huán)境的負面影響。

（2）經(jīng)濟性方面。傳統(tǒng)路面材料通常在市場上成熟，成本相對較低。然而，透水混凝土和再生橡膠路面雖然在初期可能成本較高，但從長遠來看，可減少維護費用，并符合可持續(xù)發(fā)展理念。

（3）性能方面。針對特殊橋梁工程的要求，路面材料的抗滑性、耐久性、透水性等性能需要進行深入對比，以確保選擇的材料能夠滿足工程的長期穩(wěn)定性和安全性要求。

4 該工程材料選擇與性能測試

為確保特殊橋梁工程的環(huán)保理念貫徹實施，該工程選擇了以下環(huán)保路基和路面材料，并進行了相關(guān)性能測試。表3列出了選擇的具體材料、型號及其詳細參數(shù)：

4.1 測試設(shè)計

（1）再生混凝土（EcoMix-200）測試設(shè)計。為確保特殊橋梁工程的環(huán)保理念貫徹實施，該工程選擇了再生混凝土（EcoMix-200）作為環(huán)保路基材料。為評估其性能，進行抗壓強度測試，驗證再生混凝土的承載能力，測試采用靜態(tài)壓力加載方法，樣品尺寸為標準立方體。同時，進行耐久性測試，模擬多年使用情況，包括多周期凍融循環(huán)實驗和濕熱循環(huán)實驗，評估混凝土性能的變化。

（2）透水混凝土（AquaPermea-300）測試設(shè)計。為保障特殊橋梁工程的環(huán)保施工，該工程選擇了透水混凝土（AquaPermea-300）作為環(huán)保路面材料。測試設(shè)計包括抗滑性測試，主要評估透水混凝土在濕滑條件下的抗滑性，測試采用摩擦系數(shù)測試儀模擬濕滑路面情況。

（3）植筋土（GreenMesh-100）測試設(shè)計。為提升

特殊橋梁工程的環(huán)保性能，該工程選擇了植筋土（GreenMesh-100）作為輔助材料。測試設(shè)計包括抗壓強度測試，主要評估植筋土的承載能力，測試采用靜態(tài)壓力加載方法，樣品尺寸為規(guī)定的圓柱體。進行排水性測試，使用排水試驗臺模擬雨水流失情況，測定其排水性能，評估植筋土在雨水排放方面的性能。同時進行含水量測試，采用稱重法或烘干法，了解植筋土的水分狀態(tài)對性能的影響。

4.2 測試數(shù)據(jù)

（1）再生混凝土（EcoMix-200）測試結(jié)果如表4所示。

（2）透水混凝土（AquaPermea-300）測試結(jié)果如表5所示。

（3）植筋土（GreenMesh-100）測試結(jié)果如表6所示。

4.3 結(jié)果分析

（1）再生混凝土（EcoMix-200）測試結(jié)果分析。如表4所示，再生混凝土（EcoMix-200）的測試結(jié)果說明了其卓越性能情況，從數(shù)據(jù)來看，三份樣品的抗壓強度均成功達到設(shè)計要求，表現(xiàn)出出色的承載能力。在耐久性測試方面，通過多周期凍融循環(huán)和濕熱循環(huán)實驗，觀察到混凝土在極端的氣候條件下依然能夠保持出色的穩(wěn)定性。表明在實際工程中，EcoMix-200不僅能夠滿足結(jié)構(gòu)的強度要求，且在長期使用過程中能夠保持其性能，可以有效延長其使用壽命。這種環(huán)保路基材料的可靠表現(xiàn)為特殊橋梁工程提供了可持續(xù)發(fā)展的解決方案，有助于降低對自然資源的依賴，體現(xiàn)了環(huán)保理念在工程實踐中的積極應(yīng)用。鑒于EcoMix-200在多方面的測試中均展現(xiàn)了其全面的性能優(yōu)勢，因此，選擇EcoMix-200為特殊橋梁工程的路基材料可以為工程的可持續(xù)性、抗凍性和抗壓性等方面提供可行的環(huán)保解決方案。

（2）透水混凝土（AquaPermea-300）測試結(jié)果分析。如表5所示，透水混凝土（AquaPermea-300）首先在抗滑性方面，其表現(xiàn)出來的良好的摩擦系數(shù)表現(xiàn)確保了其在濕滑條件下出色的抗滑性能。對于特殊橋梁工程的安全性至關(guān)重要，尤其是在降雨天氣和濕滑路面時，抗滑性能更好的路面材料可以對行車安全起到更好的保護作用。其次，AquaPermea-300的透水性能在水流滲透實驗中表現(xiàn)較好，其能夠做到迅速高效地滲透水分，不但符合設(shè)計的基本要求，同時為特殊橋梁工程提供了一種有效的雨水排水解決方案，有助于減少雨水積聚，從另一個角度提高路面的抗滑性。同時，AquaPermea-300的含水量相對較低，這對于路面的長期穩(wěn)定性和維護至關(guān)重要。低含水量有助于減少路面的膨脹和收縮情況，從而提高路面的耐久性，降低路面的維護成本。選用AquaPermea-300作為環(huán)保路面材料，不僅可以提高道路的安全性和可靠性，同時也可以體現(xiàn)工程實踐中對于可持續(xù)性和環(huán)保理念的重要堅持。

（3）植筋土（GreenMesh-100）測試結(jié)果分析。如表6所示，植筋土（GreenMesh-100）在多方面測試中均呈現(xiàn)出不錯的綜合性能。首先，三份樣本的抗壓強度均滿足設(shè)計要求，符合橋梁結(jié)構(gòu)支撐材料的相關(guān)要求。通過靜態(tài)壓力加載測試，驗證了其在負荷條件下的相關(guān)表現(xiàn)，68～75 MPa的抗壓強度已經(jīng)可以為特殊橋梁工程提供堅實的基礎(chǔ)。其次，植筋土也表現(xiàn)出優(yōu)異的排水性能，通過使用排水試驗臺模擬雨水流失情況，觀察到植筋土有效地促進了雨水的迅速排除，從而降低了路面積水的風險。這種排水性能的出色表現(xiàn)不僅提高了道路的抗滑性，還有助于保持路面的穩(wěn)定性。最后，植筋土的含水量適中，這在維持土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面幫助巨大，適度的含水量有助于防止土壤的干裂和松散，可以提高土壤的整體穩(wěn)定性，從而降低路基材料的沉降風險。綜合來看，GreenMesh-100不僅具備出色的抗壓強度和排水性能，其含水量的合理調(diào)控也為土壤結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性提供了有效保障。

5 結(jié)論

在環(huán)保理念的引導(dǎo)下，該研究在特殊橋梁工程中選取了三種環(huán)保路基與路面材料并進行全面的性能測試。

（1）再生混凝土（EcoMix-200）的抗壓強度在33～38 MPa之間，具備良好的耐久性，滿足工程設(shè)計的要求，并在多周期凍融循環(huán)和濕熱循環(huán)實驗中表現(xiàn)出出色的穩(wěn)定性，為工程提供了可靠的路基材料選擇。

（2）透水混凝土（AquaPermea-300）摩擦系數(shù)在0.82～0.88之間，透水性和含水量方面均取得了優(yōu)異的成績。其卓越的排水性能和抗滑性使其成為環(huán)保路面的理想選擇，可以為特殊橋梁工程提供可持續(xù)的路面材料。

（3）植筋土（GreenMesh-100）的抗壓強度為68～75 MPa之間，可以成功滿足橋梁結(jié)構(gòu)的支撐和排水需求，為工程提供了出色的輔助材料。

參考文獻

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收稿日期：2024-02-23

作者簡介：潘忠平（1987—），男，本科，工程師，研究方向：道路橋梁隧道施工管理。