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季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計研究

發(fā)布時間:2018-06-25 來源: 美文摘抄 點擊:


  摘 要:文章從設(shè)計的角度出發(fā),在明確了季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響的基礎(chǔ)上,分析了季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計流程與要點,并就具體的案例展開分析,以期為類似工程提供有價值的參考。
  關(guān)鍵詞:溫度循環(huán) 瀝青混合料性能 瀝青路面設(shè)計
  1.引言
  我國分布有較廣的季節(jié)性凍土區(qū),此區(qū)域瀝青公路的修建面臨著一個重要的問題——凍結(jié)、融化破壞,基于此,必須從設(shè)計階段出發(fā),在充分考慮交通量、車輛荷載以及氣候的基礎(chǔ)上,合理確定瀝青路面結(jié)構(gòu),切實減少路面早期破壞,延長使用壽命。
  2.季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響
  我國疆域遼闊,跨越35個緯度、61個經(jīng)度以及多個氣候帶。如圖1所示,我國各類型凍土(多年凍土、季節(jié)凍土、短時凍土)分布廣泛,其中季節(jié)凍土的面積占比最大,長江以北各省區(qū)都有季節(jié)凍結(jié)層分布,共計約514萬km2(不含凍土地區(qū)融區(qū)地帶的季節(jié)凍土),在我國領(lǐng)土中占比達到了54%。由此,必須針對季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響及其瀝青路面設(shè)計問題展開探討,以切實提高我國瀝青道路質(zhì)量,為人民出行提供可靠的交通網(wǎng)絡(luò)。
  根據(jù)季節(jié)性凍土地區(qū)的氣候條件分析顯示,其往往季節(jié)、晝夜的溫差均較大,由此導(dǎo)致瀝青公路面臨著頻繁的凍融,從而對瀝青混合料性能產(chǎn)生了較大的影響,具體可歸納為以下幾點:
 。1)抗壓強度下降:瀝青混合料內(nèi)部空隙在凍結(jié)水的作用下,逐漸增大,同時空隙相互貫通的情況增加,整體抗壓強度下降;
  (2)抗壓回彈模量下降:溫度升高后,瀝青混合料內(nèi)部凍結(jié)水開始融化、擴散,由此空隙會有所恢復(fù),但并無法回到原有的狀態(tài),當(dāng)溫度多次循環(huán)后,瀝青混合料的損傷會呈現(xiàn)一個不斷積累的狀態(tài),由此抗壓回彈模量持續(xù)下降;
  (3)劈裂強度下降:在不斷凍融中,水會逐漸滲透接觸到集料,使集料與瀝青粘結(jié)力下降,由此在溫度多次循環(huán)后,混合料劈裂強度會顯著下降。
  3.季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計要點
  基于季凍區(qū)溫度循環(huán)對瀝青混合料性能的影響,當(dāng)瀝青路面性能逐漸下降,無法滿足重載交通要求,瀝青路面破損情況將會較為嚴(yán)重,主要破壞形式包括車轍、推移、松散、坑洞、裂縫、路基永久變形、卿漿等;诖,必須重視季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計工作,切實延長瀝青路面使用壽命。
  通過對季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計分析可知,其影響因素眾多,主要可以歸納為以下幾點:① 氣候環(huán)境因素;② 施工道路的土基情況;③ 施工道路的交通情況,如車輛荷載、交通流量等;④ 結(jié)構(gòu)層材料因素。上述因素均會直接或間接影響季凍區(qū)重交通瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計,對此文章提出設(shè)計流程如下:交通荷載參數(shù)、季凍區(qū)環(huán)境參數(shù)、土基狀況分析、材料狀況分析、防凍厚度分析→結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計和材料性能試驗→該地區(qū)路面結(jié)構(gòu)損壞模型分析→疲勞破壞、結(jié)構(gòu)永久變形破壞、低溫縮裂破壞→破壞標(biāo)準(zhǔn)→結(jié)構(gòu)層厚度組合和材料組成設(shè)計。
  根據(jù)季凍區(qū)重交通瀝青路面設(shè)計流程與相關(guān)工程實踐,現(xiàn)將其設(shè)計要點歸納如下:
 。1)對道路的交通量情況進行調(diào)查分析,并以此為數(shù)據(jù)支撐,合理選擇設(shè)計軸載,考慮到我國實際交通運行情況,需將重載、超載等情況納入考慮,切實保證路面設(shè)計方案滿足實際運行需求。
 。2)對道路所在地區(qū)的氣候情況進行調(diào)查,可利用氣象資料為瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持,主要需考慮的因素為溫度、濕度,通過選取合理的溫度、濕度修正系數(shù),優(yōu)化季凍區(qū)瀝青路面設(shè)計方案,保證其使用性能與壽命。
 。3)對道路沿線土基情況進行勘測,科學(xué)制定土基處理方案、確定土基模量。
 。4)對道路瀝青路面以及基層的材料開展試驗檢測工作,全面掌握材料性質(zhì),如:模量、疲勞壽命等。
 。5)在一定的安全系數(shù)下,綜合交通量、氣候調(diào)價、土基情況、材料性質(zhì),合理制定路面結(jié)構(gòu)組合方案,并確定各層的厚度。
 。6)根據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案展開試驗路段施工,并開展試驗檢測工作,進行疲勞、永久變形、抗剪強度、低溫縮裂評價。
 。7)將評價結(jié)果與路面結(jié)構(gòu)的損壞標(biāo)準(zhǔn)對比,驗算抗凍層厚度,判斷路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案是否滿足要求,否則需對方案進行修改、優(yōu)化。
  (8)對道路的多種瀝青路面設(shè)計方案開展技術(shù)經(jīng)濟性對比分析,選取最優(yōu)方案。
  4.實例探析
  4.1工程概況
  文章以某季凍區(qū)重交通公路瀝青路面設(shè)計為例展開具體分析,此路段全長為1.5km,寬度為40.5m,交通組成以貨車和重載車為主,就交通量而言應(yīng)為重交通地區(qū),對此,必須結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂、交通狀況,通過深入分析研究,確定高質(zhì)量、長壽命的瀝青路面結(jié)構(gòu)。
  4.2瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
  綜合此季凍區(qū)公路路面的環(huán)境、氣候、交通量,本項目提出了3種路面結(jié)構(gòu)方案,見表1。
  在表1的3種方案中:
 。1)方案1的主要特點是增厚了半剛性粒料層、增加了防凍墊,由此應(yīng)對季凍區(qū)的凍融問題,與其他兩個方案相比,瀝青層較薄,造價也較低。
 。2)方案2的主要特點是增加了防反射裂縫層,由此可有效防止裂縫、凍脹病害的出現(xiàn),同時此方案采用的Sup-25 混合料,在抗疲勞、耐久性方面表現(xiàn)更佳,面層較厚,有利于緩解瀝青結(jié)構(gòu)層的損傷。
 。3)方案3的主要特點是上面層采用的BLSMA-16,其是按照貝雷法設(shè)計所得,在季凍區(qū)大縱坡路段十分適用,在抗滑耐磨、抗剪切、耐高溫方面表現(xiàn)更佳,上基層采用的柔性基層,也有利于減少反射裂縫。
  4.3現(xiàn)場試驗情況
  以方案1、2、3開展試驗路段鋪筑,分別可得試驗路段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,對試驗路段展開測試,主要控制指標(biāo)如下:

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