解析公路沥青路面防冻垫层设计

袁云帆

【摘 要】为确保低等级公路的行车安全，采取积极有效的措施，把路基的冻胀控制在合理范围内，是沥青路面防冻垫层设计中需解决的关键技术难题。本文从防冻垫层材料的选择，以及防冻垫层厚度设计两方面，探讨了公路沥青路面防冻垫层的设计问题，以提高路面整体的稳定性。

【关键词】沥青路面；防冻垫层；厚度；设计

1 防冻垫层材料的选择

在沥青路面的设计过程中，防冻垫层的设计相当重要，其对工程路面的施工质量有着直接的影响。一般而言，沥青路面的抗冻能力和垫层所选取的材料以及垫层厚度设计直接相关。其中，在选择防冻垫层材料时，既要考虑路面材料的力学特性，还要考虑路面材料的稳定性。以增强路面的抗冻能力。

1.1 路面材料在负温下的力学特性

在确定沥青路面抗冻设计的控制指标时，必须对路面防冻垫层材料的力学特性有所了解。因此，在沥青路面施工过程中，必须先对正温下具备一定变形能力的路面材料进行测试，观察其处于负温状态时，防冻垫层材料的变形能力和力学特性。调查发现，当对低于一10℃以下的沥青混凝土小梁施加垂直荷载超过其极限值时，小梁会发生断裂。断裂之后，沥青路面的断裂模量会随温度的降低增加。

1.2 路面材料的稳定性

路面结构材料的力学性质是与路面的坚固性、抗变形以及抗磨耗等能力有关，而路面材料的热物理性质主要和路面结构材料的稳定性相关。在沥青路面防冻垫层的设计过程中，采用不同的基层材料，将给混凝土板造成不同程度温度影响。其中，导温性能相对较好的灰土基层材料，相对炉渣材料而言，混凝土板上的平均温度在夏季偏低。相反的情况下，冬季它的平均温度要高一点。这表明：受路面材料热学性质的影响，路面结构和土基呈现出不同的温度。所以，在进行防冻垫层设计时，必须利用相应的传热理论，计算出合适的防冻层厚度。

在选择路面防冻层的施工材料时，应优先选择隔温性能好、强度高的材料。但是在一般情况下，受条件的限制，无法做到两者兼容。通常：路面材料热物理性质主要包括以下指标：导热系数、热容量和导温系数。

2 防冻垫层厚度的具体确定方法

在对路面的防冻层进行设计的过程中，第一步就是先确定好路面面层材料在负温下的极限相对延伸度，这是设计控制指标的重要组成部分。再次，就是计算出在这一控制指标下，土基允许冻结的深度。同时，根据热传导理论，还应计算出路面结构下土基的实际冰冻深度。最后，将这两者进行比较，当实际的冰冻深度大于土基允许冻结的深度时，必须设置防冻垫层，实际防冻垫层的厚度，也需要根据热传导理论进行推算。

2.1 土基允许冻深h1的近似计算

在保证水温和土质条件一致的情况下，土基冻深的大小将会直接影响到路面冻胀变形程度。把路面开始产生冻胀时土基的冻深甚至为Z1，同时假设路面对应的延伸度为ε1。这时，要保证ε1的数值接近0，同理，把路面结构自身强度所能承受的土基不均匀冻胀力使路面产生的相对延伸度设为ε2，相应情况下，土基增加的冻深为Z2。在这个设计过程中，必须保证ε1和ε2的和加起来小于或者等于路面面層材料在负温下的极限相对延伸度。因为之前已经提到过，ε1的数值接近0，所以ε2一定小于等于极限相对延伸度。这样一来，对应条件下，土基总冻深为Z1和Z2的和，也就是我们所说的土基允许冻结的深度。

2.2 土基实际冰冻深度的近似计算

从前面提及到的路面结构材料热物理性质中，不难发现，因为路面结构不同，土基冻深之间存在一定的区别。所以，根据传热理论，近似地把路面的传热状况视为多层平壁的一维稳定传热过程。在这种假设下，进而推导出土基实际冰冻深度的近似计算公式。

在这个过程中，假设路面是隔热材料组成的，将其冬季在路面释放出的热量定为QL，大地释放出的热量定为QD。这种情况下，QL会小于或者等于QD。

3 结语

公路沥青路面防冻垫层的设计是路面施工中的一项难点问题，就当下的情况来看，尚未形成成熟的体系。本文提出的计算方法和理论，还存在一定的不足之处，有待在具体的施工过程中完善和发展。

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[责任编辑：张涛]endprint