公路工程抗凍設計與施工關鍵技術研究

韓金

佳木斯市鴻運公路工程勘測設計有限公司 黑龍江 佳木斯 154000

現(xiàn)階段，公路網(wǎng)的不斷延伸，使得建設環(huán)節(jié)遇到的挑戰(zhàn)和風險越來越多，如何提高公路抗凍水平成為了研究的重點。若遇到低溫環(huán)境和其他因素的影響，公路建設的質量把控難度將會增加，因此要做好設計與施工的有力把控，實現(xiàn)技術應用的價值與效益，創(chuàng)造更多的技術應用價值。

1 課題研究的意義

我國人口數(shù)量眾多，分布在祖國大地的各個位置，為了能夠促使人員更好地流動，加速區(qū)域的發(fā)展，各地區(qū)積極開展公路網(wǎng)建設工作。從公路建設的角度分析，常遇到凍土問題。凍土占據(jù)全球陸地面積的50%，多年凍土占比為25%，季節(jié)性凍土占比為25%。我國季節(jié)性凍土占據(jù)國土面積的53.5%，這其中包括中重冰凍區(qū)域面積30.8%。受到氣候因素的影響，溫差很大，凍融循環(huán)比較頻繁。從凍土的危害角度分析，主要如下：1）路基凍脹與翻漿。2）邊坡淺層融滑。3）路面開裂松散。根據(jù)公路工程實踐得知，開裂病害具有探不明、判不準、防不住與治不好的特點，為重大的世界性工程難題。4）橋隧混凝土凍融損傷。受到凍土的影響，公路工程設施的壽命會被影響，同時養(yǎng)護費用比較高。根據(jù)調查數(shù)據(jù)顯示，東北三省以及內蒙古東北部地區(qū)每年用于公路凍害養(yǎng)護的費用，高達10.8億元。若凍土危害形成，則會威脅運營安全，使得公路通行效率降低。經(jīng)過多年的科研，提出很多技術和理念，為公路工程抗凍設計提供支持，例如半剛性基層凍融損傷機理和抗凍標準；再例如，瀝青混合料凍融損傷機理和抗凍標準等。

2 公路工程抗凍設計研究現(xiàn)狀與辦法

2.1 抗凍設計研究現(xiàn)狀

2.1.1 季凍區(qū)域運營期路基土模量衰減規(guī)律研究

從現(xiàn)有的研究資料分析，采用了鉆探取芯技術和室內試驗法以及承載板現(xiàn)場測試等，做好綜合分析，對部分典型路段，開展了運營期路基土模量衰減調查，掌握衰減規(guī)律和影響因素，經(jīng)過研究提出路基土回彈模量凍融循環(huán)折減系數(shù)，同時明確凍區(qū)與土組的差異性，為公路工程提供指導。通過探索分析FWD和瑞雷波路基土模量快速檢測法，明確快速檢測法的使用范圍，同時結合研究成果與工程經(jīng)驗，并且提出了路基土模量衰減防治方案，能夠保障季凍區(qū)運營期間路基土的強度，可以為路面工程施工提供強有力的支持。季節(jié)性凍土地區(qū)路基土回彈模量凍融循環(huán)折減系數(shù)如下：1）重凍區(qū)。粗粒土為0.80-0.90；細粒土為0.70-0.85。2）中凍區(qū)。粗粒土為0.80-0.95；細粒土為0.70-0.90。3）輕凍區(qū)。粗粒土為0.85-0.95；細粒土為0.75-0.90。

2.1.2 瀝青混合料凍融試驗方法和性能指標研究

對于凍土區(qū)背景下，運用瀝青混合料凍融破壞理論，開展瀝青混合料凍融損傷的特點分析。研究圍繞瀝青混合料飽水程度和凍融實踐以及環(huán)境溫度等技術指標進行分析，明確抗凍性試驗法的標準條件。通過進行瀝青混合料黏彈性損傷本構關系的全面分析，將劈裂強度、強度比指標，當做公路工程瀝青混合料抗凍性評價指標，同時選擇三種典型瀝青混合料材料，進行各類瀝青與集料的指標測試，包括低溫粘附性以及不同類型瀝青等。基于凍融條件背景，對瀝青混合料強度衰減變化規(guī)律進行分析，試驗論證混合料抗凍性評價指標是否合理。經(jīng)過研究提出密級配瀝青混凝土抗凍性技術要求，主要內容如下：1）高速公路和一級公路5次凍融循環(huán)后的劈裂強度比為≥70%；2）二級公路5次凍融循環(huán)后的劈裂強度比為≥60%。

2.1.3 季凍區(qū)瀝青路面低溫抗裂性能研究

從設計研究實際分析，對某地區(qū)瀝青路面低溫開裂調查，調查瀝青路面低溫開裂情況，圍繞低溫開裂隨著時間變化的變化規(guī)律以及空間分布規(guī)律[1]。除此之外，對高速公路和一級公路等各類實體工程開展調查，根據(jù)公路路面結構承載力衰減變化和使用性能衰減特性，同時總結專家調研，構建瀝青面層低溫開裂指數(shù)預估模型，經(jīng)過分析提出低溫開裂指數(shù)要求，具體要求如下：1）高速公路和一級公路低溫開裂指數(shù)C1≤3；2）二級公路低溫開裂指數(shù)C1≤5。

2.2 路面結構抗凍設計方法

根據(jù)路基路面材料調查和負溫導熱系數(shù)試驗分析，掌握各類導熱系數(shù)試驗條件下對負溫狀態(tài)下路基路面導熱系數(shù)測定結果的科學合理性與規(guī)律，確定凍土以及瀝青混合料低溫導熱系數(shù)的具體方法，并且探索提出了負溫背景下公路路基路面道路導熱系數(shù)的基本規(guī)律，同時提出所需材料的熱物性系數(shù)修訂建議[2]。通過組織開展路面材料開裂應力試驗以及路基變形試驗，進行路面開裂的仿真分析，并且提出各等級瀝青、水泥路面路基凍脹容許變形范圍?；诼访嫫秸戎笜?、路面材料低溫變形指標等，明確路基容許凍脹量。結合凍土條件下路基路面施工分析，進行抗凍協(xié)同設計，提出相應的抗凍設計流程圖，并且具體描述了抗凍設計指標的應用方法。公路路基路面抗凍設計實踐中，結合影響抗凍特點分析，圍繞地下水和地基等，做好線路的劃分，形成一般路段與凍害隱患陸軒。對于一般路段，實施統(tǒng)一的路基路面抗凍設計；對于特殊路段，按照段落逐個路段開展抗凍設計[3]。

3 公路工程抗凍設計與施工關鍵技術應用策略

3.1 案例概述

以某高速公路項目為例，按照抗凍設計理論和要求，結合凍土施工現(xiàn)場的情況，提出設計方案。路面結構設計方案內容如下：1）上面層。為SMA-16，厚度為5cm。2）中面層。為AC-20，厚度為7cm。3）柔性基層。為ATB-25，厚度為10cm。4）基層。設計為水泥穩(wěn)定碎石，厚度為32cm。5）底基層。設計為水泥穩(wěn)定山砂，厚度為20cm。6）抗凍墊層。設計為天然砂礫，厚度為20cm。充分發(fā)揮天然砂礫的應用優(yōu)勢，有效克服棟土不利因素的影響，保障公路工程抗凍施工的效果與效益，切實發(fā)揮技術的應用價值。

3.2 路面基層施工組織方案

設計的施工方案，根據(jù)作業(yè)需求，準備了機械和人力資源。作業(yè)現(xiàn)場配置了2臺推土機、1臺平地機、4臺裝載機以及30臺自卸汽車等。同時設置了1名負責人，組織了1名工程師和工長2人以及30名力工等。作業(yè)前做好拌和場地的硬化和熱拌站的安裝調試等，指導工程施工高質量開展。事前組織材料試驗檢測分析，對使用的瀝青下面層各類碎石材料與其他單質材料，進行質量檢查，保障工程施工進度目標實現(xiàn)。

3.3 公路工程抗凍施工質控措施

根據(jù)抗凍施工實際情況，采取以下質控措施：1）制定完善的抗凍施工質量控制方案。對于抗凍層的施工控制，要結合作業(yè)現(xiàn)場和公路工程抗凍施工要求，編制完善的抗凍施工質量控制方案，把關每個環(huán)節(jié)的施工效果。實施標準化管理制度，圍繞工藝運用全過程，實施嚴格的把控措施[4]。2）做好技術應用因素的控制。根據(jù)現(xiàn)有的研究分析，圍繞瀝青材料和路面結構等的設計把控，切實保障抗凍施工技術的應用效果。對使用的材料要進行規(guī)范化和標準化管理，采取檢驗檢測技術，全面把關公路工程的質量，消除材料影響因素，保障抗凍施工技術的應用效果與效益，切實保障公路施工的質量。按照抗凍施工方案，梳理抗凍施工技術的重難點，交代給技術人員，使得工作人員能夠掌握抗凍施工工藝的運用效果，消除人力因素的影響，把關公路工程的質量目標實現(xiàn)。對使用的機械設備，按照養(yǎng)護與維修管理制度，做好全面的檢驗檢查，消除潛在的隱患和問題，提高機械化作業(yè)水平，保障每個工序的質量與效果。3）加大現(xiàn)場監(jiān)督檢查。公路工程抗凍施工作業(yè)的開展與落實，要求做好現(xiàn)場監(jiān)督檢查，督促作業(yè)人員規(guī)范化和標準化管理。根據(jù)管理需求的分析，配置專業(yè)的管理人員，圍繞公路工程抗凍作業(yè)全過程進行監(jiān)督檢查。作為管理人員，要求掌握抗凍施工質量檢驗檢測的辦法，把關公路建造的質量，實現(xiàn)抗凍施工技術的應用價值，促使工程效益目標的實現(xiàn)。對于重點工程和分項工程，要組織旁站監(jiān)督，切實保障公路工程抗凍作業(yè)的質量與效果，促使抗凍施工效果的實現(xiàn)[5]。4）做好檢驗檢測分析。公路工程抗凍施工質控工作的開展，做好檢驗檢測分析。認真貫徹落實抗凍工程的檢驗檢測制度，積極引入新技術和新手段，對抗凍施工進行檢驗檢查，分析抗凍施工技術應用的效果，保障技術應用的質量與效果[6]。若遇到公路工程抗凍技術問題，分析誘發(fā)技術問題的原因，提出改進與優(yōu)化的措施，解決公路工程抗凍施工問題，促使工程效益目標的實現(xiàn)。做好公路施工質量全過程的管理和控制，切實保障抗凍施工技術的應用效果[7]。

4 結束語

綜上所述，公路工程抗凍設計和施工作業(yè)，要求做好抗凍調查與分析，提出優(yōu)質的抗凍施工方案，指導抗凍施工作業(yè)高質量開展和落實，保障抗凍技術的應用效果。文中結合實例，圍繞抗凍施工技術應用全過程進行分析，提出制定完善的抗凍施工質量控制方案、做好技術應用因素的控制、加大現(xiàn)場監(jiān)督檢查、做好檢驗檢測分析等策略。