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

現階段，公路網的不斷延伸，使得建設環節遇到的挑戰和風險越來越多，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，實現技術應用的價值與效益，創造更多的技術應用價值。

1 課題研究的意義

我國人口數量眾多，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，加速區域的發展，各地區積極開展公路網建設工作。從公路建設的角度分析，常遇到凍土問題。凍土占據全球陸地面積的50%，多年凍土占比為25%，季節性凍土占比為25%。我國季節性凍土占據國土面積的53.5%，這其中包括中重冰凍區域面積30.8%。受到氣候因素的影響，溫差很大，凍融循環比較頻繁。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，同時養護費用比較高。根據調查數據顯示，東北三省以及內蒙古東北部地區每年用于公路凍害養護的費用，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狀與辦法

2.1 抗凍設計研究現狀

2.1.1 季凍區域運營期路基土模量衰減規律研究

從現有的研究資料分析，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，掌握衰減規律和影響因素，經過研究提出路基土回彈模量凍融循環折減系數，同時明確凍區與土組的差異性，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驗，并且提出了路基土模量衰減防治方案，能夠保障季凍區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。季節性凍土地區路基土回彈模量凍融循環折減系數如下：1）重凍區。粗粒土為0.80-0.90；細粒土為0.70-0.85。2）中凍區。粗粒土為0.80-0.95；細粒土為0.70-0.90。3）輕凍區。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?；趦鋈跅l件背景，對瀝青混合料強度衰減變化規律進行分析，試驗論證混合料抗凍性評價指標是否合理。經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次凍融循環后的劈裂強度比為≥70%；2）二級公路5次凍融循環后的劈裂強度比為≥60%。

2.1.3 季凍區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律以及空間分布規律[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預估模型，經過分析提出低溫開裂指數要求，具體要求如下：1）高速公路和一級公路低溫開裂指數C1≤3；2）二級公路低溫開裂指數C1≤5。

2.2 路面結構抗凍設計方法

根據路基路面材料調查和負溫導熱系數試驗分析，掌握各類導熱系數試驗條件下對負溫狀態下路基路面導熱系數測定結果的科學合理性與規律，確定凍土以及瀝青混合料低溫導熱系數的具體方法，并且探索提出了負溫背景下公路路基路面道路導熱系數的基本規律，同時提出所需材料的熱物性系數修訂建議[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戎笜恕⒙访娌牧系蜏刈冃沃笜说?，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。設計為水泥穩定碎石，厚度為32cm。5）底基層。設計為水泥穩定山砂，厚度為20cm。6）抗凍墊層。設計為天然砂礫，厚度為20cm。充分發揮天然砂礫的應用優勢，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，根據作業需求，準備了機械和人力資源。作業現場配置了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。

3.3 公路工程抗凍施工質控措施

根據抗凍施工實際情況，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，要結合作業現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，把關每個環節的施工效果。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。根據現有的研究分析，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。對使用的機械設備，按照養護與維修管理制度，做好全面的檢驗檢查，消除潛在的隱患和問題，提高機械化作業水平，保障每個工序的質量與效果。3）加大現場監督檢查。公路工程抗凍施工作業的開展與落實，要求做好現場監督檢查，督促作業人員規范化和標準化管理。根據管理需求的分析，配置專業的管理人員，圍繞公路工程抗凍作業全過程進行監督檢查。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，實現抗凍施工技術的應用價值，促使工程效益目標的實現。對于重點工程和分項工程，要組織旁站監督，切實保障公路工程抗凍作業的質量與效果，促使抗凍施工效果的實現[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，分析誘發技術問題的原因，提出改進與優化的措施，解決公路工程抗凍施工問題，促使工程效益目標的實現。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，要求做好抗凍調查與分析，提出優質的抗凍施工方案，指導抗凍施工作業高質量開展和落實，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、加大現場監督檢查、做好檢驗檢測分析等策略。