公路工程抗冻设计与施工关键技术研究

韩金

佳木斯市鸿运公路工程勘测设计有限公司 黑龙江 佳木斯 154000

现阶段，公路网的不断延伸，使得建设环节遇到的挑战和风险越来越多，如何提高公路抗冻水平成为了研究的重点。若遇到低温环境和其他因素的影响，公路建设的质量把控难度将会增加，因此要做好设计与施工的有力把控，实现技术应用的价值与效益，创造更多的技术应用价值。

1 课题研究的意义

我国人口数量众多，分布在祖国大地的各个位置，为了能够促使人员更好地流动，加速区域的发展，各地区积极开展公路网建设工作。从公路建设的角度分析，常遇到冻土问题。冻土占据全球陆地面积的50%，多年冻土占比为25%，季节性冻土占比为25%。我国季节性冻土占据国土面积的53.5%，这其中包括中重冰冻区域面积30.8%。受到气候因素的影响，温差很大，冻融循环比较频繁。从冻土的危害角度分析，主要如下：1）路基冻胀与翻浆。2）边坡浅层融滑。3）路面开裂松散。根据公路工程实践得知，开裂病害具有探不明、判不准、防不住与治不好的特点，为重大的世界性工程难题。4）桥隧混凝土冻融损伤。受到冻土的影响，公路工程设施的寿命会被影响，同时养护费用比较高。根据调查数据显示，东北三省以及内蒙古东北部地区每年用于公路冻害养护的费用，高达10.8亿元。若冻土危害形成，则会威胁运营安全，使得公路通行效率降低。经过多年的科研，提出很多技术和理念，为公路工程抗冻设计提供支持，例如半刚性基层冻融损伤机理和抗冻标准；再例如，沥青混合料冻融损伤机理和抗冻标准等。

2 公路工程抗冻设计研究现状与办法

2.1 抗冻设计研究现状

2.1.1 季冻区域运营期路基土模量衰减规律研究

从现有的研究资料分析，采用了钻探取芯技术和室内试验法以及承载板现场测试等，做好综合分析，对部分典型路段，开展了运营期路基土模量衰减调查，掌握衰减规律和影响因素，经过研究提出路基土回弹模量冻融循环折减系数，同时明确冻区与土组的差异性，为公路工程提供指导。通过探索分析FWD和瑞雷波路基土模量快速检测法，明确快速检测法的使用范围，同时结合研究成果与工程经验，并且提出了路基土模量衰减防治方案，能够保障季冻区运营期间路基土的强度，可以为路面工程施工提供强有力的支持。季节性冻土地区路基土回弹模量冻融循环折减系数如下：1）重冻区。粗粒土为0.80-0.90；细粒土为0.70-0.85。2）中冻区。粗粒土为0.80-0.95；细粒土为0.70-0.90。3）轻冻区。粗粒土为0.85-0.95；细粒土为0.75-0.90。

2.1.2 沥青混合料冻融试验方法和性能指标研究

对于冻土区背景下，运用沥青混合料冻融破坏理论，开展沥青混合料冻融损伤的特点分析。研究围绕沥青混合料饱水程度和冻融实践以及环境温度等技术指标进行分析，明确抗冻性试验法的标准条件。通过进行沥青混合料黏弹性损伤本构关系的全面分析，将劈裂强度、强度比指标，当做公路工程沥青混合料抗冻性评价指标，同时选择三种典型沥青混合料材料，进行各类沥青与集料的指标测试，包括低温粘附性以及不同类型沥青等。基于冻融条件背景，对沥青混合料强度衰减变化规律进行分析，试验论证混合料抗冻性评价指标是否合理。经过研究提出密级配沥青混凝土抗冻性技术要求，主要内容如下：1）高速公路和一级公路5次冻融循环后的劈裂强度比为≥70%；2）二级公路5次冻融循环后的劈裂强度比为≥60%。

2.1.3 季冻区沥青路面低温抗裂性能研究

从设计研究实际分析，对某地区沥青路面低温开裂调查，调查沥青路面低温开裂情况，围绕低温开裂随着时间变化的变化规律以及空间分布规律[1]。除此之外，对高速公路和一级公路等各类实体工程开展调查，根据公路路面结构承载力衰减变化和使用性能衰减特性，同时总结专家调研，构建沥青面层低温开裂指数预估模型，经过分析提出低温开裂指数要求，具体要求如下：1）高速公路和一级公路低温开裂指数C1≤3；2）二级公路低温开裂指数C1≤5。

2.2 路面结构抗冻设计方法

根据路基路面材料调查和负温导热系数试验分析，掌握各类导热系数试验条件下对负温状态下路基路面导热系数测定结果的科学合理性与规律，确定冻土以及沥青混合料低温导热系数的具体方法，并且探索提出了负温背景下公路路基路面道路导热系数的基本规律，同时提出所需材料的热物性系数修订建议[2]。通过组织开展路面材料开裂应力试验以及路基变形试验，进行路面开裂的仿真分析，并且提出各等级沥青、水泥路面路基冻胀容许变形范围。基于路面平整度指标、路面材料低温变形指标等，明确路基容许冻胀量。结合冻土条件下路基路面施工分析，进行抗冻协同设计，提出相应的抗冻设计流程图，并且具体描述了抗冻设计指标的应用方法。公路路基路面抗冻设计实践中，结合影响抗冻特点分析，围绕地下水和地基等，做好线路的划分，形成一般路段与冻害隐患陆轩。对于一般路段，实施统一的路基路面抗冻设计；对于特殊路段，按照段落逐个路段开展抗冻设计[3]。

3 公路工程抗冻设计与施工关键技术应用策略

3.1 案例概述

以某高速公路项目为例，按照抗冻设计理论和要求，结合冻土施工现场的情况，提出设计方案。路面结构设计方案内容如下：1）上面层。为SMA-16，厚度为5cm。2）中面层。为AC-20，厚度为7cm。3）柔性基层。为ATB-25，厚度为10cm。4）基层。设计为水泥稳定碎石，厚度为32cm。5）底基层。设计为水泥稳定山砂，厚度为20cm。6）抗冻垫层。设计为天然砂砾，厚度为20cm。充分发挥天然砂砾的应用优势，有效克服栋土不利因素的影响，保障公路工程抗冻施工的效果与效益，切实发挥技术的应用价值。

3.2 路面基层施工组织方案

设计的施工方案，根据作业需求，准备了机械和人力资源。作业现场配置了2台推土机、1台平地机、4台装载机以及30台自卸汽车等。同时设置了1名负责人，组织了1名工程师和工长2人以及30名力工等。作业前做好拌和场地的硬化和热拌站的安装调试等，指导工程施工高质量开展。事前组织材料试验检测分析，对使用的沥青下面层各类碎石材料与其他单质材料，进行质量检查，保障工程施工进度目标实现。

3.3 公路工程抗冻施工质控措施

根据抗冻施工实际情况，采取以下质控措施：1）制定完善的抗冻施工质量控制方案。对于抗冻层的施工控制，要结合作业现场和公路工程抗冻施工要求，编制完善的抗冻施工质量控制方案，把关每个环节的施工效果。实施标准化管理制度，围绕工艺运用全过程，实施严格的把控措施[4]。2）做好技术应用因素的控制。根据现有的研究分析，围绕沥青材料和路面结构等的设计把控，切实保障抗冻施工技术的应用效果。对使用的材料要进行规范化和标准化管理，采取检验检测技术，全面把关公路工程的质量，消除材料影响因素，保障抗冻施工技术的应用效果与效益，切实保障公路施工的质量。按照抗冻施工方案，梳理抗冻施工技术的重难点，交代给技术人员，使得工作人员能够掌握抗冻施工工艺的运用效果，消除人力因素的影响，把关公路工程的质量目标实现。对使用的机械设备，按照养护与维修管理制度，做好全面的检验检查，消除潜在的隐患和问题，提高机械化作业水平，保障每个工序的质量与效果。3）加大现场监督检查。公路工程抗冻施工作业的开展与落实，要求做好现场监督检查，督促作业人员规范化和标准化管理。根据管理需求的分析，配置专业的管理人员，围绕公路工程抗冻作业全过程进行监督检查。作为管理人员，要求掌握抗冻施工质量检验检测的办法，把关公路建造的质量，实现抗冻施工技术的应用价值，促使工程效益目标的实现。对于重点工程和分项工程，要组织旁站监督，切实保障公路工程抗冻作业的质量与效果，促使抗冻施工效果的实现[5]。4）做好检验检测分析。公路工程抗冻施工质控工作的开展，做好检验检测分析。认真贯彻落实抗冻工程的检验检测制度，积极引入新技术和新手段，对抗冻施工进行检验检查，分析抗冻施工技术应用的效果，保障技术应用的质量与效果[6]。若遇到公路工程抗冻技术问题，分析诱发技术问题的原因，提出改进与优化的措施，解决公路工程抗冻施工问题，促使工程效益目标的实现。做好公路施工质量全过程的管理和控制，切实保障抗冻施工技术的应用效果[7]。

4 结束语

综上所述，公路工程抗冻设计和施工作业，要求做好抗冻调查与分析，提出优质的抗冻施工方案，指导抗冻施工作业高质量开展和落实，保障抗冻技术的应用效果。文中结合实例，围绕抗冻施工技术应用全过程进行分析，提出制定完善的抗冻施工质量控制方案、做好技术应用因素的控制、加大现场监督检查、做好检验检测分析等策略。