淺議溫度對公路路面的影響及施工質量控制措施

摘要：瀝青混合料為粘彈性材料，自身對溫度變化較為敏感，當溫度達到其軟化點時，將造成嚴重的車轍等病害，嚴重影響了瀝青路面結構的耐久性和使用壽命。結合熱力學基本原理，列出了溫度在路面結構中的熱傳導方程，從理論上闡釋了溫度在路面結構中的傳遞原理，并根據以往的研究，得到了溫度對公路瀝青路面自身溫度、車轍、動穩定度、動力響應等方面的影響。最后，總結了高溫條件下公路路面施工的質量控制措施，包括做好施工前準備工作、提高公路路基對應工作區的強度和穩定性、瀝青混合料級配與施工時間的選擇、對路面進行預防性維護等。

關鍵詞：道路工程;溫度;公路路面;施工質量控制

中圖分類號：U416.2文獻標識碼：A

1.前言

公路是城市交通的主要組成部分^[1]，在國民經濟建設與發展中扮演著極其重要的角色^[2]。而在公路工程的施工中，瀝青路面的施工技術水平是項目質量控制的關鍵點之一，其對公路工程項目的質量水平影響極大^[3]。由于結構強度高、高平整性、高連續性、耐磨性好、行車跳動小、施工周期短、養護維修方便等一系列優異的性能，實際工程中常采用瀝青混合料路面^[4]。在實際公路工程項目施工過程中，受施工人員專業素養、環境與地質條件因素、原材料初始缺陷等內外因素的影響，瀝青路面施工質量難以得到保證^[5]，常出現泛油、坑槽、波浪、壅包、沉陷、滑溜、車轍、裂縫、松散等病害，是公路工程質量的通病 ^[1][6]。瀝青混合料為粘彈性材料，自身對溫度變化較為敏感，氣溫升高將直接引起瀝青路面溫度的升高，進而導致熱量在路面結構中緩慢累積，甚至高于環境溫度，當溫度達到瀝青混合料軟化點時，將造成嚴重的車轍等病害，影響路面結構的行車舒適度及安全性，嚴重影響了瀝青路面結構的耐久性和使用壽命^[6]。因此，基于溫度場理論及路面結構的溫度場分布形式，探討了溫度對公路路面的作用機理，并分析了公路路面結構在施工過程中針對溫度影響的一些施工質量控制措施。

2.溫度對公路路面的作用機理

2.1 公路路面溫度傳遞原理

影響路面溫度場的因素按照其作用形式和來源，可分為外部因素和內部因素，其中，外部因素包括氣溫、氣壓、風速、太陽輻射、濕度等，內部因素包括材料自身的物理力學性能及路面結構形式等^[7]。以往的研究表明，在影響瀝青路面溫度場的環境因素中，氣溫對其影響最為顯著，相比之下，太陽輻射是除氣溫之外對路面溫度場最主要的影響因素，其在白天使路面溫度升高^[8]。根據熱力學基本原理，公路路面結構熱量傳遞包括熱輻射、熱傳導和熱對流三種基本方式。

表征固體中熱量傳遞過程的熱傳導方程如下所示^[9-14]。

如圖2.1所示，取一微元體，滿足均勻性和各向同性的假定。

2.2 溫度對公路瀝青路面的影響

氣溫對瀝青路面的力學性能和耐久性影響較大，瀝青路面自身的溫度比可能會比氣溫高25℃左右，尤其在我國一些南方地區，最高氣溫甚至可達35℃以上，公路瀝青路面的溫度最高時可能會達到60℃到65℃左右，加之南方地區夏季高溫持續時間長，公路工程車流大，交通壓力大，公路瀝青路面在上述因素綜合影響下，自身勁度模量會大幅度降低，抗變形能力亦隨之下降，從而導致公路瀝青路面出現車轍、推擁等不可恢復的永久性變形，對公路瀝青路面的耐久性、安全性、行車舒適性等帶來嚴重影響^[15]。

有研究表明^[16]，當溫度較低時，柔性基層、半剛性基層、冷再生基層對應的瀝青路面所產生的車轍差別不大，而溫度不斷升高時，車轍增量隨之逐漸變大。當溫度逐漸升高時，公路瀝青面層自身的模量不斷減小，路面結構所承受的應變與應力則不斷增大，且溫度的升高會導致混合料的抗剪與抗壓強度降低，上述的分析與結果說明，在高溫條件下，公路瀝青路面更容易出現車轍病害。相對而言，半剛性基層自身具有較大的回彈模量，在一定程度上能提高路面結構層的整體剛度，但公路瀝青路面所分擔的應力會隨之不斷增加，因此，采用半剛性基層不利于提高路面的抗車轍能力。因此，在高溫條件下，柔性基層公路瀝青路面抗車轍能力最強，半剛性基層公路瀝青路面抗車轍能力最弱。

此外，以往的研究表明^[4][17]，溫度對瀝青路面的力學響應和動穩定度有極為顯著的的影響。隨著溫度的升高，公路瀝青路面的基層底部縱向應變、路表彎沉、路基頂部豎向壓應變以及底部橫向應變隨著溫度的逐漸升高，呈現出相當明顯的增大趨勢，而動穩定度則呈現出相當明顯的下降趨勢，且溫度越高，這一趨勢越明顯。相對而言，公路瀝青面層底部的縱向和橫向拉應變隨著溫度的升高呈現出先增大后減小的趨勢。瀝青路面隨著溫度的升高逐漸由彈性向粘彈性轉變，混合料自身的模量變化較大，逐漸變得比較小，因此會導致公路瀝青路面承載能力下降，進而致使基層分擔較多的荷載。

3.高溫條件下公路路面施工質量控制

首先，做好施工前準備工作，提高公路路基對應工作區的強度和穩定性，保證設計的瀝青路面結構和瀝青混合料類型及物理力學性能。嚴格遵循照瀝青路面設計規范，面層在滿足車輛行駛的使用要求外，還須采取相應措施保證公路量路面的防滲性，如選用粒徑與空隙較小的級配混合料。嚴格控制路基施工過程中的填筑工藝，保證路基強度，其中壓實度是表征路基輕度的主要參數之一，也是保證路基強度并控制施工質量最有效、最經濟的技術措施之一，故此施工過程中需要嚴加控制壓實度，并注意降低施工過程路基周圍的地下水，以有效保證并提高路基工作區的強度和穩定性。

其次，施工過程中注意采取對應的措施，降低高溫對公路路面施工的影響并保證施工質量。根據以往的研究，施工過程中進行瀝青混合料設計必須考慮材料的高溫性能時，混合料應選擇能形成逐級嵌套骨架結構的級配形式，同時結合近年發展起來的較為先進的Superpave技術對應的設計理念，充分考慮公路瀝青路面在其服務期內溫度對路面的影響，對高溫條件下公路瀝青路面的設計及施工采取一定的預防措施，盡量避開瀝青混合料中細集料容易在高溫條件先形成流動的集料范圍。通過車轍試驗可以得到公路瀝青路面動穩定度與瀝青混合料油石比之間的回歸關系，進而考慮高溫條件下施工過程中瀝青混合料的油石比設計。此外，在進行混凝土路面施工時，施工時的溫度對混凝土早期強度的形成時間影響較大，面層鋪筑施工時，施工時間可選擇在16：00之前，夜間施工時應在22：00之后進行^[15]。

最后，對公路瀝青路面進行及時的預防性維護，已經產生病害的部位，選取適宜的措施進行維修維護，提高路面的使用壽命和耐久性。一直以來，傳統意義上公路工程的維修和養護，只是等到路面開始出現損壞或已經發生較為嚴重的損壞時才進行維修養護，對于那些正常使用但未出現病害的路段并未采取措施，忽略了預防性養護的重要性。預防性養護是公路工程運營過程中周期性的強制保養措施，并不考慮公路工程的路面是否發生破損，其最佳的實施時段應該是在路面未發生破損或有損壞的征兆時。采取預防性養護，比公路路面發生破損后在進行維修維護代價要小，且施工簡單方便，具有較高的經濟效益和社會效益。

4.小結

溫度對公路瀝青路面的力學性能和耐久性影響較大，加之我國南方部分地區夏季高溫持續時間長，公路交通壓力大，路面在上述因素綜合影響下會出現車轍、推擁等不可恢復的損傷，對公路瀝青路面的耐久性、安全性、行車舒適性等影響較大。因此，高溫條件下公路路面施工時，應做好施工前準備工作，提高公路路基對應工作區的強度和穩定性，保證設計的瀝青路面結構和瀝青混合料類型及物理力學性能;施工過程中瀝青混合料應選擇能形成逐級嵌套骨架結構的級配形式，借鑒Superpave技術的設計理念，充分考慮公路瀝青路面在其服務期內溫度對路面的影響，盡量避開瀝青混合料中細集料容易在高溫條件先形成流動的集料范圍;對公路瀝青路面進行預防性維護，不僅比公路路面發生破損后在進行維修維護代價要小，且施工簡單方便，具有較高的經濟效益和社會效益。

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20-23.

作者簡介：賈金鵬（1991—），男，漢族，甘肅定西人，本科，主要從事公路工程施工工作，