[00135247]隔温材料在季冻区路基中的应用研究

本项目对季冻区路基主要冻害形式及危害进行调查,分析了路基冻胀机理。结合交通部西部交通建设科技项目修筑的火山灰、煤矸石试验路以及采用EPS塑料泡沫隔温材料在草炭土地区修筑的试验路观测结果可知,无论地产隔温材料还是工业隔温材料,对减少季冻区路基冻害,降低路堤填土高度具有显著作用。通过对EPS塑料泡沫隔温材料工程特性及路用性能研究,提出了塑料泡沫隔温材料用于路基隔温的材料指标和标准,采用等效替换的方式计算了不同深度EPS隔热效果。对比分析了天然和工业隔温材料的适用性,提出了适用条件。研究了隔温材料路基合理高度,提出了不同材料路基隔温方案。总结了隔温材料施工工艺及施工技术指南,为季冻区路基隔温方案实施及减少路基冻害提供了依据。 主要研究结论： （1）路基土冻胀机理主要是由于水分迁移和积聚造成的,路基水分迁移主要受土的基质吸力及冻结速率影响,土的基质吸力越大,土中水分发生原位冻胀的程度就越大,对路面的影响越小;土的冻结速率越大,水分迁移越剧烈,对路面的破坏程度就越大。土起始冻结温度与土中含水量的大小有直接关系,含水量增大,土的冻结温度也相应随之升高,直接接近土中自由水的冻结温度。 （2）火山灰、煤矸石等吉林省地产材料冻胀率及导热系数明显小于粘土,具有良好的抗冻性,路基最大冻深可降低0.3～0.6m,适宜用于填筑路基、隔温层和垫层,可明显改善道路的冻胀翻浆等损坏情况。 （3）总结提出了聚苯乙烯塑料泡沫等工业隔温材料在降低路堤高度和挖方深度、减少路面抗冻垫层厚度、减少排水层及消除路基冻胀、改善路面平整度等方面的路用性能。研究表明,无论EPS隔温材料本身性能及路用性能均能满足季冻区公路抗冻要求。并提出了EPS隔温材料用于路基隔温的强度及耐久性材料指标要求。 （4）在《公路工程抗冻设计与施工技术指南》路基路面抗冻设计计算的基础上,以隔温板导热系数等效代换的思想,介绍了隔温板抗冻设计方法,以算例的形式予以说明,并采用敦化EPS隔温板实体工程进行了验证,证明了该方法的有效性。 （5）无论地产隔温材料还是工业隔温材料均有其适用条件,当运距不超过200公里时,考虑采用火山灰填筑路基;当运距不超过60公里时,考虑采用煤矸石填筑路基。对于地产隔温材料不适用的地区,当路基填料为粉土或粘土,地下水位埋藏浅或降雨（雪）量大,冻结指数大于800,零填、挖方及地质不良的过湿路段,考虑采用工业隔温材料作为路基保温层。 （6）天然隔温材料路基合理填筑高度根据根据天然料与粘土混填情况综合确定,工业隔温材料路基的合理填筑高度在满足路基工作区深度要求的基础上,根据冰冻前期地下水位情况据表 6.8综合确定。采用工业隔温材料进行路基隔温方案设计时,参照俄罗斯等国外道路塑料泡沫隔温层设计施工成熟技术,分别提出了新建和维修、改建道路保温设计方法。 （7）通过EPS块（板）试验路基隔温效果观测结果可知,块（板）下温度变化缓慢,且逐渐趋于稳定,即使是在冰冻季节块（板）下温度维持在0℃左右,而块（板）上温度随大气温度变化振荡不稳定,变化较大。表明路基中加入EPS块（板）后,有效的阻止了地表和路基土体的热交换,能够确保其下路基处于非冰冻状态,改善路基温度场环境,一定程度上降低了冻融对路基的不利影响。 （8）对EPS隔温路基试验段长期性能观测结果可知,EPS板的压密过程主要发生在通车后的2年内,后期板厚逐渐趋于稳定。从EPS块取芯结果可以看出,材料颜色没有发生明显变化,芯样内部干燥,基本没有发生老化及透水现象,表明EPS隔温材料具有良好的长期使用耐久性。 主要创新点： 本项目主要有以下创新点 （1）提出了工业隔温材料路用材料指标要求; （2）分别提出了天然及工业隔温材料适用条件; （3）提出了不同隔温材料路基合理高度; （4）总结提出了季冻区公路路基隔温方案。