利用近10 a G6京藏高速沿线自动气象站与交通气象站逐时观测资料,分析G6呼和浩特—卓资县—集宁区段(简称G6呼集段)道路结冰的时空特征及影响因子的变化规律。结果表明:10—次年4月为G6呼集段道路结冰易发期,通过分析“冰点”温度变化,G6呼集段呼和浩特至集宁方向路面温度(简称路温)和气温呈先陡降再缓升的U型特征,卓资段为U型底部,呼市至卓资、集宁段结冰日数呈现“少、多、少”分布,卓资段最先达到结冰气象条件。降雪、积雪是引发该路段道路结冰的主要诱因,年均40次,占比89%,降雪结冰主要发生于11至次年3月,傍晚至凌晨为结冰高发时段,结冰过程持续5~30 h;积雪结冰的特点是时间短,冰面浅薄。降水和高湿引起的道路结冰年均不到5 d,占比11%,主要发生于秋冬、冬春交替夜晚。日最低气温主要集中于06—07时,白天路温高于气温,两者变化趋势一致,其温差从日出至日落呈先增后减,夜晚气温略高于路温,温差稳定。通过路温和气温的变化关系总结出不同区段、时期的温差公式,利用高分辨率气温数据实现路温精准监测,达到及时预警的目的。
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。
为探究硅粉对玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能的增强效果及改性机理,采用快冻法研究了不同硅粉掺量下玄武岩纤维混凝土质量损失、相对动弹模量、抗弯拉强度随冻融次数的衰减规律;借助压汞法(MIP)以及扫描电子显微镜(SEM),分析冻融前后孔结构及界面结构的演化,从细微观层面揭示硅粉增强机理。研究结果表明:9%(质量分数)硅粉掺量的玄武岩纤维路面混凝土抗冻性能增强效果最佳,相比基准混凝土,冻融320次后质量损失率降低了62.35%,相对动弹性模量提高了14.68%,抗弯拉强度提高了43.89%;MIP测试表明,掺入硅粉能够细化混凝土内部孔结构,减少孔隙数量,优化孔的分布,阻抑最可几孔径和临界孔径的增长;SEM分析发现,掺入硅粉能够改善纤维-水泥石与骨料-水泥石的界面区结构,提高玄武岩纤维路面混凝土的抗冻性能。
排水基层可有效保持寒冷潮湿地区沥青路面结构的使用性能,并提高其使用耐久性。排水基层沥青混合料的空隙率应在20%以上,沥青用量一般在3.15%~3.55%之间。选择5种开级配沥青碎石混合料,分别进行结构性能、渗水性能、力学性能和水温稳定性等试验,根据试验结果,5种沥青混合料的15℃渗水系数为0.10~0.19 cm/s,冻融劈裂强度比为72.1%~92.3%,单轴压缩试验抗压强度为4.53~8.91 MPa,抗压回弹模量为794.79~1 236.51 MPa,小梁弯曲最大弯拉应变在3 150~4 977με,具备良好的结构强度、水稳定性和排水性能;在经历10~50次冻融循环后,沥青混合料的结构性能指标、拉伸应变及力学指标表现良好,可用于高纬度低海拔寒冷地区公路沥青路面结构排水。建议的适用层位为沥青路面结构的上基层或下面层。
为更好地总结高寒地区水泥混凝土路面的裂缝防治处理措施,文章结合高寒地区昌都公路项目的施工经验,对高寒地区水泥混凝土路面裂缝产生的原因进行分析,提出了混凝土路面裂缝的局部裂缝修补、表面龟裂的修补、贯穿性裂缝修补及严重的错台裂缝处理四方面的裂缝治理措施,并提出了混凝土路面的裂缝预防措施。
以宁夏高速公路为对象,利用1981—2018年25个常规气象站观测资料及交通相关数据资料,基于GIS、AHP等方法,从致灾因子的危险性、孕灾环境的敏感性、承灾体的易损性三方面进行高速公路路面积雪灾害风险分析与区划研究。结果表明:全区年平均积雪日数在6.5~86.7d,年平均降雪日数在10.3~64.5d,最大积雪深度在8~35cm,自南向北减少(浅),南部山区明显多(深)于北部地区。路面积雪灾害主要出现在冬季、初春和晚秋,大到暴雪级的路面积雪主要出现在秋冬转换的10~11月和冬春交替的3~4月。风险分析与区划研究结果表明,高风险区位于福银高速(G70)、青兰高速(G22)六盘山区东南麓区段;较高风险区位于福银高速(G70)固原市原州区段、青兰高速(G22)固原市隆德西段段、固西高速、彭青高速路段;同心以北的银川市、石嘴山市、吴忠市各路段风险总体较低。
高海拔冻土地区环境特殊,地形地貌复杂多用,具有早晚温差大、年均气温较低、日照辐射大、多年冻土等特点。总体而言在高海拔冻土地区进行沥青路面施工难度很大,而且容易出现质量问题。鉴于此,本文将对沥青路面主要的病害类型及其成因进行分析,然后就如何预防和控制沥青路面质量缺陷谈几点看法。
高海拔地区的气候条件十分恶劣,具有空气稀薄、气温年温差小日温差大、日照时间长、紫外线强烈等特点,所以在高寒高海拔冻土地区进行沥青公路施工,比其他地区施工更容易出现裂缝、松散和泛油的问题,严重影响沥青路面的使用质量。为此,必须加强对冻土地区沥青路面病害的研究,在分析沥青路面病害类型及其特点的基础上,采取针对性的预防控制措施,以减少病害发生,降低病害严重程度。
为了研究多年冻土区地基融沉效应对路面结构应力状态的影响,基于水-热-力耦合作用理论,利用COMSOL有限元软件建立了冻土区连续配筋混凝土路面(CRCP)有限元模型,研究了基层与底基层材料参数、面板厚度与模量、配筋率对CRCP路面结构组合应力的影响,提出了适用于多年冻土区CRCP路面的合理结构形式.结果表明,地基融沉效应对于CRCP路面结构应力影响显著.融沉效应和车辆荷载耦合作用下,板内最大主应力随时间推移逐渐变大.板内最大主应力随面板、基层和底基层的厚度增加而减小,随各层模量的增加而增大,但配筋率的变化对其无影响.考虑融沉效应时,CRCP路面板+水泥稳定碎石+石灰土的路面结构较适宜于多年冻土区,可为多年冻土地区CRCP路面结构设计提供参考.
针对季节性冻土区沥青混凝土路面的开裂问题更加明显的实际情况,结合鞍山地区沥青混凝土路面开裂形式,分析季节性冻土区沥青混凝土路面的开裂机理,进而总结出了相应工程防治措施,具有一定的现实意义。