解析公路瀝青路面防凍墊層設計

袁云帆

【摘 要】為確保低等級公路的行車安全，采取積極有效的措施，把路基的凍脹控制在合理范圍內，是瀝青路面防凍墊層設計中需解決的關鍵技術難題。本文從防凍墊層材料的選擇，以及防凍墊層厚度設計兩方面，探討了公路瀝青路面防凍墊層的設計問題，以提高路面整體的穩定性。

【關鍵詞】瀝青路面；防凍墊層；厚度；設計

1 防凍墊層材料的選擇

在瀝青路面的設計過程中，防凍墊層的設計相當重要，其對工程路面的施工質量有著直接的影響。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計直接相關。其中，在選擇防凍墊層材料時，既要考慮路面材料的力學特性，還要考慮路面材料的穩定性。以增強路面的抗凍能力。

1.1 路面材料在負溫下的力學特性

在確定瀝青路面抗凍設計的控制指標時，必須對路面防凍墊層材料的力學特性有所了解。因此，在瀝青路面施工過程中，必須先對正溫下具備一定變形能力的路面材料進行測試，觀察其處于負溫狀態時，防凍墊層材料的變形能力和力學特性。調查發現，當對低于一10℃以下的瀝青混凝土小梁施加垂直荷載超過其極限值時，小梁會發生斷裂。斷裂之后，瀝青路面的斷裂模量會隨溫度的降低增加。

1.2 路面材料的穩定性

路面結構材料的力學性質是與路面的堅固性、抗變形以及抗磨耗等能力有關，而路面材料的熱物理性質主要和路面結構材料的穩定性相關。在瀝青路面防凍墊層的設計過程中，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，導溫性能相對較好的灰土基層材料，相對爐渣材料而言，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。這表明：受路面材料熱學性質的影響，路面結構和土基呈現出不同的溫度。所以，在進行防凍墊層設計時，必須利用相應的傳熱理論，計算出合適的防凍層厚度。

在選擇路面防凍層的施工材料時，應優先選擇隔溫性能好、強度高的材料。但是在一般情況下，受條件的限制，無法做到兩者兼容。通常：路面材料熱物理性質主要包括以下指標：導熱系數、熱容量和導溫系數。

2 防凍墊層厚度的具體確定方法

在對路面的防凍層進行設計的過程中，第一步就是先確定好路面面層材料在負溫下的極限相對延伸度，這是設計控制指標的重要組成部分。再次，就是計算出在這一控制指標下，土基允許凍結的深度。同時，根據熱傳導理論，還應計算出路面結構下土基的實際冰凍深度。最后，將這兩者進行比較，當實際的冰凍深度大于土基允許凍結的深度時，必須設置防凍墊層，實際防凍墊層的厚度，也需要根據熱傳導理論進行推算。

2.1 土基允許凍深h1的近似計算

在保證水溫和土質條件一致的情況下，土基凍深的大小將會直接影響到路面凍脹變形程度。把路面開始產生凍脹時土基的凍深甚至為Z1，同時假設路面對應的延伸度為ε1。這時，要保證ε1的數值接近0，同理，把路面結構自身強度所能承受的土基不均勻凍脹力使路面產生的相對延伸度設為ε2，相應情況下，土基增加的凍深為Z2。在這個設計過程中，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溫下的極限相對延伸度。因為之前已經提到過，ε1的數值接近0，所以ε2一定小于等于極限相對延伸度。這樣一來，對應條件下，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的深度。

2.2 土基實際冰凍深度的近似計算

從前面提及到的路面結構材料熱物理性質中，不難發現，因為路面結構不同，土基凍深之間存在一定的區別。所以，根據傳熱理論，近似地把路面的傳熱狀況視為多層平壁的一維穩定傳熱過程。在這種假設下，進而推導出土基實際冰凍深度的近似計算公式。

在這個過程中，假設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會小于或者等于QD。

3 結語

公路瀝青路面防凍墊層的設計是路面施工中的一項難點問題，就當下的情況來看，尚未形成成熟的體系。本文提出的計算方法和理論，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展。

【參考文獻】

[1]石剛強.嚴寒地區高速鐵路路基凍脹和工程對策研究[D].蘭州大學2014.

[2]王書娟，陳志國，秦緒喜，于麗梅.季節性凍土地區公路路基凍融過程實時監測分析[J].路基工程.2015（01）.

[3]武鐵雷，佟艷芳.季節性凍土地區公路凍脹翻漿防治措施[J].黑龍江交通科技.2011（04）.

[4]孫雷，張向東，蘭常玉.凍融循環下季節性凍土路基沉降數值模擬[J].四川建筑.2010（05）.

[5]羅紹仟.季節性凍土地區橋梁設計要點[J].四川建筑.2016（06）.

[責任編輯：張濤]endprint