季冻区重交通沥青路面设计研究.docx

季冻区重交通沥青路面设计研究 摘 要：文章从设计的角度出发，在明确了季冻区温度循环对沥青混合料性能的影响的基础上，分析了季冻区重交通沥青路面设计流程与要点，并就具体的案例展开分析，以期为类似工程提供有价值的参考。 关键词：温度循环 沥青混合料性能 沥青路面设? 1.引言 我国分布有较广的季节性冻土区，此区域沥青公路的修建面临着一个重要的问题冻结、融化破坏，基于此，必须从设计阶段出发，在充分考虑交通量、车辆荷载以及气候的基础上，合理确定沥青路面结构，切实减少路面早期破坏，延长使用寿命。 2.季冻区温度循环对沥青混合料性能的影响 我国疆域辽阔，跨越35个纬度、61个经度以及多个气候带。如图1所示，我国各类型冻土（多年冻土、季节冻土、短时冻土）分布广泛，其中季节冻土的面积占比最大，长江以北各省区都有季节冻结层分布，共计约514万km2（不含冻土地区融区地带的季节冻土），在我国领土中占比达到了54%。由此，必须针对季冻区温度循环对沥青混合料性能的影响及其沥青路面设计问题展开探讨，以切实提高我国沥青道路质量，为人民出行提供可靠的交通网络。 根据季节性冻土地区的气候条件分析显示，其往往季节、昼夜的温差均较大，由此导致沥青公路面临着频繁的冻融，从而对沥青混合料性能产生了较大的影响，具体可归纳为以下几点： （1）抗压强度下降：沥青混合料内部空隙在冻结水的作用下，逐渐增大，同时空隙相互贯通的情况增加，整体抗压强度下降； （2）抗压回弹模量下降：温度升高后，沥青混合料内部冻结水开始融化、扩散，由此空隙会有所恢复，但并无法回到原有的状态，当温度多次循环后，沥青混合料的损伤会呈现一个不断积累的状态，由此抗压回弹模量持续下降； （3）劈裂强度下降：在不断冻融中，水会逐渐渗透接触到集料，使集料与沥青粘结力下降，由此在温度多次循环后，混合料劈裂强度会显著下降。 3.季冻区重交通沥青路面设计要点 基于季冻区温度循环对沥青混合料性能的影响，当沥青路面性能逐渐下降，无法满足重载交通要求，沥青路面破损情况将会较为严重，主要破坏形式包括车辙、推移、松散、坑洞、裂缝、路基永久变形、卿浆等。基于此，必须重视季冻区重交通沥青路面设计工作，切实延长沥青路面使用寿命。 通过对季冻区重交通沥青路面设计分析可知，其影响因素众多，主要可以归纳为以下几点： 气候环境因素； 施工道路的土基情况； 施工道路的交通情况，如车辆荷载、交通流量等； 结构层材料因素。上述因素均会直接或间接影响季冻区重交通沥青路面结构的设计，对此文章提出设计流程如下：交通荷载参数、季冻区环境参数、土基状况分析、材料状况分析、防冻厚度分析结构层厚度设计和材料性能试验该地区路面结构损坏模型分析疲劳破坏、结构永久变形破坏、低温缩裂破坏破坏标准结构层厚度组合和材料组成设计。 根据季冻区重交通沥青路面设计流程与相关工程实践，现将其设计要点归纳如下： （1）对道路的交通量情况进行调查分析，并以此为数据支撑，合理选择设计轴载，考虑到我国实际交通运行情况，需将重载、超载等情况纳入考虑，切实保证路面设计方案满足实际运行需求。 （2）对道路所在地区的气候情况进行调查，可利用气象资料为沥青路面结构设计提供数据支持，主要需考虑的因素为温度、湿度，通过选取合理的温度、湿度修正系数，优化季冻区沥青路面设计方案，保证其使用性能与寿命。 （3）对道路沿线土基情况进行勘测，科学制定土基处理方案、确定土基模量。 （4）对道路沥青路面以及基层的材料开展试验检测工作，全面掌握材料性质，如：模量、疲劳寿命等。 （5）在一定的安全系数下，综合交通量、气候调价、土基情况、材料性质，合理制定路面结构组合方案，并确定各层的厚度。 （6）根据路面结构设计方案展开试验路段施工，并开展试验检测工作，进行疲劳、永久变形、抗剪强度、低温缩裂评价。 （7）将评价结果与路面结构的损坏标准对比，验算抗冻层厚度，判断路面结构设计方案是否满足要求，否则需对方案进行修改、优化。 （8）对道路的多种沥青路面设计方案开展技术经济性对比分析，选取最优方案。 4.实例探析 4.1工程概况 文章以某季冻区重交通公路沥青路面设计为例展开具体分析，此路段全长为1.5km，宽度为40.5m，交通组成以货车和重载车为主，就交通量而言应为重交通地区，对此，必须结合当地气候、交通状况，通过深入分析研究，确定高质量、长寿命的沥青路面结构。 4.2沥青路面结构设计方案 综合此季冻区公路路面的环境、气候、交通量，本项目提出了3种路面结构方案，见表1。 在表1的3种方案中： （1）方案1的主要特点是增厚了半刚性粒料层、增加了防冻垫，由此应对季冻区的冻融问题，与其他两个方案相比，沥青层较薄，造价也较低。 （2）方案2的主要特点是增加了防反射裂缝层，由此可有效防止裂缝、冻胀病害的出现，同时此方案采用的Sup-25 混合料，在抗疲劳、耐久性方面表现更佳，面层较厚，有利于缓解沥青结构层的损伤。 （3）方案3的主要特点是上面层采用的BLSMA-16，其是按照贝雷法设计所得，在季冻区大纵坡路段十分适用，在抗滑耐磨、抗剪切、耐高温方面表现更佳，上基层采用的柔性基层，也有利于减少反射裂缝。 4.3现场试验情况 以方案1、2、3开展试验路段铺筑，分别可得试验路段、，对试验路段展开测试，主要控制指标如下： （1）应变响应：选取不同车辆重量（25.3t，35.0t，42.6t）、不同车速（10km/h、35km/h、55km/h）进行重复测试，应变传感器均在车辆轮迹处。根据试验结果显示，试验路段、沥青层底应变响应结果均满足设计要求。 （2）土基顶面压应变：顶面埋入压力传感器，测量路面顶部压应变的情况，根据结果显示，轴重较小（25.3t、35t），3条试验路段拉应变均为200，双轴轴重增至42.6t，拉应变200的值占比增多，其中试验路段、拉应变占比20%， 试验路段占比达到了30%50%。由此可见，其他因素相同情况下，载重较小路段，从节约成本角度来看，方案1更优；对于载重较大路段，方案2、3更能满足要求。 （3）路表弯沉值：采用贝克曼梁法测定，根据结果显示，下面层方面：试验路段、采用Sup-25，弯沉值明显较小；上基层方面，试验路段采用ATB-30，?沉值较小。总体来看，方案3表现更优。 5.结束语 综上所述，季冻区沥青公路由于受到温度循环的影响，路面性能不断降低，难以承受较大的车辆荷载或是交通量，极易引发倾泥、翻浆、坑槽、剥落等病害，甚至不少季冻区的沥青路面在建成通车短期就出现严重破坏，由此必须在设计阶段就要针对公路的气候特性、交通参数等展开针对性的结构设计，保证公路运行质量满足要求，促进我国交通网络的稳定发展。 参考文献： 罗峰.季冻区公路长寿命沥青路面合理结构研究D.重庆：重庆交通大学，2015. 李耀龙.季冻区重交通沥青路面设计研究D.西安：长安大学，2009. 朱东鹏，汪双杰，司伟，等.青藏高原多年冻土区高等级公路路