为分析季节性冻土区全厚式长寿命沥青路面的施工工艺,本文采用理论结合实践的方法,立足全厚式长寿命沥青路面优势,分析了具体的施工工艺。结果表明,季节性冻土区的冻融循环会导致沥青路面出现裂缝、车辙等病害,严重影响其使用性能和寿命。传统沥青路面施工工艺已难以满足施工要求,而全厚式长寿命沥青路面则可有效解决相关工艺不足,提升沥青路面施工质量,延长使用寿命。
为了探索高寒地区沥青路面铺筑短期对冻土层温度场的影响,通过对路面各结构层材料进行热传导试验和碎石空隙率试验,得出不同结构层的热力学参数,通过有限元方法建立二维冻土温度场模型,分析了沥青路面在4月、7月和10月份铺筑短期对冻土温度场的影响规律。结果显示:沥青路面铺筑短期的热效应使得冻土温度场呈梯形分布。其中,7月份铺筑路面造成冻土层温度上升最高可达2.13℃,冻土0℃等温线下降深度大于0.78 m,最不利于冻土的温度稳定性。为此,基于弯沉等效思想在路基顶面通过铺设碎石层进行温度改善和刚度补偿设计,结果显示:铺设1.0 m厚的碎石层,路基和冻土层温度下降1.89~27.22℃,0℃等温线抬升0.54~1.95 m,路基顶面当量回弹模量可提升至125~180 MPa,以上可为高寒冻土地区的公路建设提供参考。
为研究多年冻土地区公路沥青路面的路用性能,采用FWD法、路面钻芯和人工调查等多种手段,对国道214公路多年冻土地区沥青路面强度、破损状况进行了检测与评价,研究结果表明:国道214公路左、右幅行车道路面平均弯沉代表值分别为31.5(0.01 mm)和37.5(0.01 mm),表明右侧受通往玉树地区的重载交通影响,路面强度衰减较快。全线沥青路面平均弯沉代表值最大为100(0.01 mm),最小不到5(0.01 mm),与公路沿线多年冻土差异性发育和冻胀融沉强度相关。国道214公路全线路面平整度良、中、次、差路段分别达到24.6%、32.1%、6.3%和37%,而路面破损状况良、中、差路段分别为61.6%、26.8%和11.6%,对行车舒适度影响较大,行车安全性影响相对较小。路面钻芯表明结构整体性遭到严重破坏,是多年冻土地区沥青路面强度降低和病害产生的根本原因。研究成果为多年冻土地区沥青路面的设计与养护提供了参考。
为提升公路沥青路面设计水平,避免季节性冻土地区的沥青路面在重交通荷载作用下产生温缩开裂病害,影响行车安全性和舒适度。本文分析了季节性冻土地区重交通沥青路面的轴载计算方法、路面结构设计原则、沥青路面层数和层厚确定方法,并推荐了路面结构组合。同时,以某季节性冻土地区的公路为研究对象,分析了车辆轴载对路面弯沉、剪切力及基底拉应力的影响,以评价路面结构设计效果。
为研究川藏季节性冻土地区冬季隧间路段沥青路面温度场变化规律,基于康定地区的现场温度观测数据,利用有限元仿真软件对隧间钢桥段和路基段进行了温度场分析。分析结果表明,隧间钢桥段和路基段路面结构温度分布特征有所差异;增大风速与考虑太阳辐射均使路面温度场变化幅度变大,风速从0.0 m/s升高到2.0 m/s,钢桥段和路基段路表最低温度分别下降了2.40℃和2.29℃,但温度变化速率随风速的增大而逐渐减小;受日照时间越长,温度振幅越大,但路基段温度受太阳辐射的影响程度明显大于钢桥段;不考虑风速和太阳辐射条件下,在h=0 cm处钢桥段比路基段最低温度小0.44℃,因此在冬季更易发生结冰现象。相关研究结论为类似工程提供了参考。
福建武夷山地区由于冬季时期冻融周期比较短,次数较频繁,而且冻土层深度较浅,使得冰雪融化后浅层的含水率极大升高。复杂的气候环境条件,给当地沥青路面修复造成了较大困扰。鉴于此,对短时冻土区域的沥青混合料低温性能及力学性能展开研究,得出了外掺剂的XT-2推荐剂量为0.3%~0.5%,掺量为0.3%的动稳定度高达2126次/mm,掺量为0.5%时高达2342次/mm,远超规范技术要求的800次/mm;有效降低了成型路面的渗透性,提高道路承载能力,符合当前我国“双碳”背景下绿色交通发展理念。
文中以宽幅沥青路面设计方案为例,通过将高液限土路基和上层填筑层融合为双层弹性体系,计算路基表面的竖向位移,将路基层间的结合条件大于荷载边界条件作为目标,计算路基顶面综合回弹模量参数,确定填筑材料的选择范围,实现对路面回弹弯沉的控制。现场试验结果表明,设计方法可以实现对路面回弹弯沉程度的有效控制。
文章结合高原冻土区域的特点,阐述了沥青路面施工技术与质量控制意义,指出高原冻土区域的施工现状以及高原环境对现场施工造成的影响,并针对沥青路面施工技术与质量控制对策进行研究。
该文针对高原冻土地区公路路面的主要病害问题,通过马歇尔试验确定AC-13C沥青混合料配合比并对其路用性能进行试验研究。依托国道109线那曲至拉萨公路改建工程,结合AC-13C改性沥青混合料在不同油石比和矿料级配条件下进行了最佳配合比设计;采用浸水马歇尔试验、低温弯曲试验、车辙试验、冻融循环试验等研究了沥青混合料的水稳定性、高温稳定性、低温抗裂性、耐久性及抗渗水性能等路用性能;并铺筑试验路段进行路面厚度、平整度和弯沉检测,验证了使用该配合比厂拌沥青混合料的实际路用性能。结果表明:110-A级沥青配合当地集料进行混合料配合比优选设计,得到最佳油石比为5.0%,沥青用量为4.76%,空隙率为4.6%。该配合比下沥青混合料各项技术指标满足规范要求,并在试铺阶段效果良好,满足高原冻土地区公路路面性能要求。
多年冻土区的沥青公路病害类型与沥青面层温度场密切相关。为探究路面温度场的分布规律,在国道G109安多-唐古拉山段K3357处(海拔5 231 m)建立观测点,包括在沥青路面面层不同深度埋设ZDR系列温度记录仪,在路旁架设TRM-ZS2气象站,对路面不同深度的温度、环境温度、太阳辐射、相对湿度、风速等进行连续跟踪,采用多元回归法分析路面温度场与气象因素之间的关系。结果表明:随着路面深度的增加,温度波动范围逐渐变小;温度场与气温和太阳辐射皆呈正相关、与相对湿度和风速相关性较低;气温是影响温度场的最主要因素,太阳辐射仅在9~21时对温度场具有影响作用;气温与太阳辐射对温度场的影响分别具有1.5小时和2.5小时的滞后性。