自然因素对路面的影响及其应对方法

自然因素对路面的影响及其应对方法

摘要：本文主要从气温和湿度两个方面分析了自然环境对路面路基的影响及其原因，指出了自然环境的应对不当给路面所带来的各种危害。

关键词：公路路面工程自然环境气温湿度影响应对方法

1 概述

路基路面结构直接裸露在大气之中，除直接承受车轮荷载作用外，还直接受水、温度、空气、阳光等自然因素的影响。它们既有促进路面成型、稳定等有利的方面，也有促使路面软化、破坏和影响施工的不利方面。而且实践表明，很多路面受到的自然力的破坏比遭受所施加的车轮荷载的破坏力更为严重。

路基土和路面材料的刚度和强度随路面结构的温度和湿度的变化有时会有很大幅度的增减。而且它们的体积随路基路面结构内部温度和湿度的升降而引起膨胀和收缩。同时它们的几何性质和物理性质随温度与湿度产生的变化，将使路基路基路面结构设计复杂化。如果在设计和施工的时候把自然因素考虑在内，那么路基路面结构则在车轮荷载和自然因素共同作用下，将提前提前出现损坏，缩短路面的使用年限。本文则对此进行分析，探讨自然因素对路面路基的影响及其应对方法。

2 自然因素对路基路面的影响。

自然因素的影响主要表现在温度和湿度两个方面。路面结构的温度和湿度的变化随着周围自然因素的变化而变化。这些变化使路面材料的性质和状态发生相应的改变。

2.1 湿度对路面的影响

2.1.1湿度不断变化的主要因素

⑴大气降水和蒸发降水浸湿透水的路面并下渗而润湿路基，或者沿路面的裂缝渗入路基。蒸发使水分从路基中逸出而促使路基趋于干燥。

⑵地面水地势低洼及排水不良的时候，积滞在路面附近的地面水通过渗漏和毛细润湿作用进入路基。

⑶地下水处于某一深度的地下水可以通过毛细润湿和渗透作用进入路基。

⑷温度当路基内沿深度出现较大温度坡差时，土中水分温度差影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并积聚在（或凝结）在此处。

2.1.2 湿度变化对路面的影响。

湿度状况的变化是影响路面结构强度、刚度和稳定性的重要因素之一。路面中的水的影响与道路所在地区的自然条件、季节、雨量、气温、蒸发条件及道路本身的排水能力等因素有关。

土基中的毛细水上升高度取决于路基土质和土基压实度。路面渗水情况与路面面层类型和路面纵横向坡度有关。地下水位的高低和地面滞水情况，也是影响路面湿度的重要原因。显然，地下水位越高，地面滞水越多，路面越潮湿。反之，路面则干燥。为保证路面处于干燥状况，首先要保证土基不过分潮湿。

路面结构中，基、垫层材料在最佳含水量下压实可得到最大密实度，并有较高的力学强度。含水量过大时，材料过分潮湿，其强度大大降低，变形也增大。但如果含水量过小，材料颗粒之间由于缺乏水膜粘结作用，会发生松散；由于缺乏润滑作用，压实度不高，同样也不会有较高的力学强度。沥青面层在水的作用下，沥青与石料的粘附力降低，导致石料与沥青剥落，从而使路面发生松散、坑槽等病害。水对水泥混凝土面层影响不大，但对其下的土基与基、垫层的影响与柔性路面是一样的。

2.2温度对路面的影响。

2.2.1 决定路面温度的影响因素。

决定路面温度的影响硬是主要为外部与内部两个方面

⑴外部原因。主要是气候条件，诸如太阳辐射、气温、风速、降水量和蒸发量等。其中太阳辐射和气温是决定路面状况的两项最重要的因素。射到路面的短波辐射热，一部分被路面反射，余下的部分则被路面所吸收而增加其温度。大气和路面发出的长波辐射，构成了路面的再辐射，使路面放出部分热量，大气和路面的温度差异，引起了对流热的交换。风的作用加强了对流，使路面丧失了部分热量。降水和随后的蒸发都会显著地降低由日照增加的路面温度。

⑵内部因素。则为路面各结构层的热传导率、热比容量和对辐射热的吸收能力等，热传导率是单位温度梯度条件下在单位时间内垂直通过单位面积断面的热量，其值同材料的结构、孔隙率和湿度有关。热容量是指单位质量的物质产生单位温度变化时所需要的热量。材料的热传导率或热容量越高，则产生的温度梯度越低。

2.2.2气温变化对路面的影响。

大气温度同样是影响路面结构强度的重要因素。同一路面，在炎热的夏季和严寒的冬天可能有不同的使用品质。就是在一天内，路面的工作状态有是有差异的，因此应考虑气温对路面的影响。

气温变化将直接影响路面强度或内部应力的变化，因为气温的变化会导致路面本身的温度发生变化。路面的温度还受地温和周围环境的影响，例如公路的绿化、建筑群与公路的距离等地影响。在一般的情况下，气温升高，路面的温度亦升高；反之，路面温度降低。

2.2.3 温度对水泥混凝土路面的影响及其应对方法。

水泥混凝土路面受温差的影响，将产生体积变化。在一年四季中由于温差所引起的体积变化如果受到约束，将产生很大的温度应力，有时还能超过荷载产生的应力。由四季变化引

起的混凝土板内的胀缩应力必须通过将混凝土路面划分成一定尺寸的版块来克服。此外还应考虑由于沥青类路面昼夜温度变化而引起的板顶与板低温差所产生的瞧去应力。

2.2.4 温度对沥青类路面的影响以。

沥青类路面材料随温度变化而变化。这种特性被称为温度稳定性。它可以用来衡量路面材料对温度的敏感程度。温度稳定性差得材料在温度变化时候，强度显著降低。由于沥青材料本身对温度非常敏感，因此沥青类路面对温度非常敏感。由于温度的变化，沥青路面结构的强度和弹性模量会发生几倍甚至十几倍的变化。

沥青路面结构的强度随温度的升高而显著降低的原因在于：温度升高后的混合材料中沥青稠密度降低，一部分吸附沥青转化为自由沥青，这些自由沥青在颗粒间起着润滑作用，从而使粘结力降低。

温度过低，对沥青路面也是不利的，此时虽然弹性模量很高，但变形能力却很小，容易发生脆裂。

3 应对自然因素的方法。

3.1对于复杂多变的自然因素，要在设计、施工前对该地的自然因素进行记录并考虑在其中。

如温度的变化规律、对温度状况的预测、对公路路面温度场分析等等。

3.2沥青面层厚度对温度有消减作用。

沥青面层厚度对温度有消减作用，在沥青路面温度场分析中，弄清面层厚度与基础顶面温度波幅之间的关系，有助于根据基层材料的温缩性能状况来设计沥青面层厚度，基层温缩性小时，基层顶面允许的不开裂温度波幅可大些，而而面层厚度亦可小些，反之，基层温缩性较大的时，基层顶面允许的不开裂温度波幅应较小，从而面层厚度应设计大些，具体情况须根据当地的气候条件、路面材料性能来确定。

3.3抗冻层厚度的设计。

对于寒冷的地区，在道路设计时候要设计抗冻层。抗冻层的计算方法是根据按强度计算所确定的路面厚度H，可以计算出路基的容许冻深，则可按下式计算出路面的抗冻厚度：H抗冻=H道路—H土基

式中：H抗冻——路面抗冻厚度；

H道路——道路冻深；

H土基——路基容许冻深。

3.4其他基本设施：

⑴选择适良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。

⑵适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作范围。

⑶正确进行排水设计（包括地面排水、地下排水、路面结构以及地基的特殊排水）。

⑷必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，设置

砂垫层以疏干路基。