摘 要：低溫環(huán)境對路基路面材料的施工性能產(chǎn)生顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，當溫度降低時，填料材料的物理力學性能發(fā)生明顯變化，主要表現(xiàn)在材料含水率分布異常，強度特性改變和變形特征復雜化。填料的壓實性能，工作性能和分層填筑性能均受到顯著影響，表現(xiàn)為壓實度難以達標，材料工作性下降和層間結合質(zhì)量變差。針對這些問題，通過優(yōu)化壓實技術，改進材料性能，創(chuàng)新施工工藝和完善質(zhì)量監(jiān)控體系等措施，有效提升了低溫環(huán)境下路基路面材料的施工性能。研究成果為寒冷地區(qū)路基路面工程施工提供了重要的技術支持。

關鍵詞：低溫環(huán)境 路基路面 材料性能 施工工藝 質(zhì)量控制

低溫環(huán)境對路基路面材料的物理力學性能和施工工藝產(chǎn)生顯著影響，這種影響主要表現(xiàn)在材料的壓實特性，強度性能和耐久性等方面，近年來，隨著我國交通基礎設施建設向寒冷地區(qū)不斷延伸，低溫環(huán)境下路基路面材料的施工性能研究日益重要，國內(nèi)外學者針對低溫條件下材料性能變化規(guī)律，施工工藝適應性等開展了大量研究，但仍存在諸多技術難題亟待解決，開展低溫環(huán)境下路基路面材料施工性能研究，對提高工程質(zhì)量和使用壽命具有重要意義。

1 路基路面主要材料特性

1.1 填料材料物理特性

路基路面填料材料的物理特性直接影響工程質(zhì)量和施工性能，填料材料主要包括粗粒土，細粒土和粉質(zhì)黏土等，不同材料表現(xiàn)出獨特的物理性質(zhì)，粗粒土具有較高的透水性和較低的毛細作用，其顆粒級配對材料的工程性能影響顯著，良好的級配有利于提高填料的壓實效果和承載能力，細粒土的物理性質(zhì)受含水量變化影響明顯，塑性指數(shù)和液性指數(shù)是評價其工程特性的重要指標，這些指標對材料的壓實特性和強度特性具有重要影響[1]，粉質(zhì)黏土因其較高的比表面積，表現(xiàn)出顯著的吸水性和溫度敏感性，含水量的微小變化會導致其工程性能發(fā)生明顯改變，填料材料的重要物理指標包括顆粒組成，天然含水率與密度與孔隙比以及飽和度等，這些指標通過標準試驗方法測定，為評價材料適用性和確定施工工藝參數(shù)提供基礎依據(jù)。

1.2 填料材料力學特性

填料材料的力學特性體現(xiàn)在強度，變形和穩(wěn)定性等方面，路基路面填料在荷載作用下表現(xiàn)出復雜的應力-應變關系，其抗剪強度由內(nèi)摩擦角和粘聚力共同決定，填料的壓縮特性與顆粒組成和結構密實度密切相關，粗粒料表現(xiàn)出較小的壓縮變形，而細粒料則易產(chǎn)生顯著的固結變形，填料材料在動荷載作用下呈現(xiàn)出明顯的彈塑性變形特征，反復荷載會導致材料強度和剛度衰減，材料的CBR值是評價路基填料承載能力的重要指標，通過CBR試驗確定的承載比直接反映填料的支承強度，填料的抗剪強度參數(shù)通過直剪試驗或三軸試驗測定，這些力學指標為路基穩(wěn)定性分析和路面結構設計提供依據(jù)[2]，填料材料的應力應變關系表現(xiàn)出顯著的非線性特征，其彈性模量和泊松比隨應力水平變化而改變。

2 低溫環(huán)境下材料性能變化規(guī)律

2.1 材料含水率變化特征

低溫環(huán)境下路基路面填料材料的含水率變化呈現(xiàn)獨特規(guī)律，當環(huán)境溫度降至0℃以下時，填料中的自由水開始發(fā)生相變，形成冰晶，導致材料含水率分布發(fā)生顯著變化，在凍結過程中，溫度梯度驅(qū)動水分在填料孔隙中遷移，形成水分再分布現(xiàn)象，使填料表層含水率降低而深層含水率升高，凍結作用產(chǎn)生的負壓力促使深層土體中的水分向凍結面遷移，造成凍結區(qū)含水率異常增大，細粒土和粉質(zhì)黏土由于比表面積大，持水性強，在低溫環(huán)境下表現(xiàn)出更為明顯的含水率變化特征，實驗研究表明，填料的粒徑分布和孔隙特征直接影響其凍結過程中的含水率變化規(guī)律[3]，填料中鹽分含量的高低也會影響水分遷移和相變過程，進而改變材料的凍結特性，在工程實踐中，低溫條件下填料含水率的變化對材料的工程性能產(chǎn)生重要影響，需要采取相應的施工和養(yǎng)護措施加以控制。

2.2 材料強度性能變化

低溫環(huán)境對路基路面填料材料的強度性能產(chǎn)生顯著影響，當溫度降低時，填料中水分凍結形成冰晶，使材料內(nèi)部結構發(fā)生改變，導致強度特性產(chǎn)生明顯變化，實驗研究表明，填料的抗壓強度和抗剪強度隨溫度降低呈非線性增長，這種增長主要源于冰晶對顆粒間結構的加固作用，在凍結狀態(tài)下，填料的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角均有所提高，但其變形模量和彈性模量則表現(xiàn)出明顯的溫度依賴性，填料在低溫凍結過程中，冰晶體積膨脹會在材料內(nèi)部產(chǎn)生微觀裂隙，影響材料的整體強度，粉質(zhì)黏土和細粒土在凍融循環(huán)作用下，強度損失較為顯著，表現(xiàn)為承載力下降和變形量增大，通過三軸試驗和無側(cè)限抗壓強度試驗發(fā)現(xiàn)，低溫條件下填料的應力-應變曲線斜率增大，表明材料剛度提高但脆性增強，這種強度性能的變化規(guī)律對路基路面結構的設計和施工工藝選擇具有重要指導意義。

2.3 材料變形特性變化

低溫環(huán)境下路基路面填料材料的變形特性呈現(xiàn)復雜的溫度相關性，實驗研究表明，填料在溫度降低過程中，彈性變形和塑性變形的比例發(fā)生顯著改變，表現(xiàn)為彈性變形占比增大而塑性變形減小，在凍結狀態(tài)下，填料的瞬時變形減小，但長期變形特性受冰晶生長和水分遷移的影響而變得更為復雜，通過固結試驗觀察到，低溫條件使填料的壓縮性降低，壓縮曲線斜率減小，表明材料抵抗變形的能力增強，然而，在反復荷載作用下，凍結填料的累積變形表現(xiàn)出獨特的發(fā)展規(guī)律，變形速率隨著荷載次數(shù)的增加而加快，填料的體積變形受冰晶生長引起的凍脹作用影響，在降溫過程中產(chǎn)生不均勻的膨脹變形[4]，溫度升高時，冰晶融化導致填料結構松散，產(chǎn)生融沉變形，這種變形特性對路基路面結構的穩(wěn)定性構成潛在威脅，動態(tài)荷載試驗結果顯示，低溫環(huán)境改變了填料的應變軟化特性，對其長期服役性能產(chǎn)生重要影響。

3 低溫條件對材料施工性能的影響

3.1 填料壓實性能影響分析

低溫條件顯著影響路基路面填料的壓實性能，實驗研究表明，當環(huán)境溫度降低時，填料的最佳含水率范圍變窄，壓實曲線呈現(xiàn)出陡峭的特征，在低溫環(huán)境下，填料含水量隨溫度變化而波動，導致壓實度難以達到設計要求，壓實試驗數(shù)據(jù)顯示，相同壓實功下的干密度隨溫度降低而減小，表明低溫條件增加了填料壓實的難度，填料在低溫壓實過程中，由于水分凍結作用，顆粒間摩擦阻力增大，使壓實能量傳遞效率降低，同時，低溫使填料顆粒表面產(chǎn)生冰膜，改變了顆粒間的接觸特性，影響壓實后的結構均勻性，動態(tài)荷載作用下，低溫壓實填料表現(xiàn)出較大的彈性回彈，不利于壓實度的有效控制，現(xiàn)場試驗結果表明，低溫條件下填料的壓實度離散性增大，壓實質(zhì)量的一致性難以保證，這種壓實性能的變化對施工參數(shù)的選擇和質(zhì)量控制提出了更高要求，需要采取針對性的技術措施。

3.2 填料工作性能變化特征

低溫環(huán)境下路基路面填料的工作性能發(fā)生顯著變化，材料試驗研究表明，溫度降低導致填料的流動性減弱，攤鋪均勻性下降，增加了施工難度，粘性土在低溫條件下表現(xiàn)出較大的粘聚力，使攤鋪設備功耗增加，影響施工效率，砂性土料在低溫環(huán)境中因含水率變化而改變其工作性能，表現(xiàn)為松鋪系數(shù)增大，不利于均勻壓實，現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)顯示，填料在低溫下的粒徑級配穩(wěn)定性降低，細粒料易結團，粗粒料易分離，導致填料混合均勻性變差，低溫使填料的塑性指數(shù)和液性指數(shù)發(fā)生變化，改變了材料的可塑性和可工作性范圍，填料在施工過程中表現(xiàn)出較強的溫度敏感性，其工作性能隨溫度變化而波動，對施工工藝參數(shù)的選擇和調(diào)整提出更高要求。

3.3 分層填筑施工難度增大

低溫環(huán)境對路基路面分層填筑施工造成多重不利影響，現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)表明，填料的分層鋪設厚度控制難度增大，常規(guī)20-30厘米的攤鋪厚度需要調(diào)整，低溫條件要求減小單層填筑厚度以確保壓實質(zhì)量，填料運輸過程中溫度持續(xù)降低，導致含水率分布不均，造成分層接茬處結合質(zhì)量下降，試驗研究發(fā)現(xiàn)，低溫使填料層間粘結強度減弱，層間結合面易形成冰晶，影響填筑層的整體性，工程實踐顯示，低溫條件下路基填筑的施工時間延長，相鄰填筑層之間的溫度差異加大，增加了層間結合難度，填料在低溫環(huán)境中的工作性能降低，導致分層攤鋪均勻性差，各層壓實度離散性增大。

3.4 施工質(zhì)量控制要點

低溫環(huán)境下路基路面材料施工質(zhì)量控制面臨特殊挑戰(zhàn)，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，填料含水率和溫度的動態(tài)變化對壓實質(zhì)量影響顯著，要求加強填料含水率調(diào)控和溫度監(jiān)測頻率，施工質(zhì)量檢測應重點關注壓實度，壓實均勻性和層間結合程度，采用K30平板荷載試驗和灌砂法檢測相結合的方式，全面評估填筑質(zhì)量[5]，試驗數(shù)據(jù)表明，低溫條件下填料的干密度和壓實度檢測值離散性增大，需要增加現(xiàn)場抽檢頻次，確保檢測數(shù)據(jù)代表性，分層填筑過程中，應嚴格控制每層填筑厚度，通過測厚板實時監(jiān)控，保證填筑層厚度滿足設計要求，施工現(xiàn)場應建立溫度監(jiān)測網(wǎng)絡，實時掌握填料和環(huán)境溫度變化，及時調(diào)整施工參數(shù)。

4 材料施工性能提升措施

4.1 壓實性能優(yōu)化技術

針對低溫環(huán)境下路基路面填料壓實性能不足的問題，壓實優(yōu)化技術主要從設備選擇和工藝參數(shù)兩個方面展開，砂類土填料采用靜壓路機進行靜壓，砂石類填料則選用振動壓路機和振動突塊壓路機進行振壓，通過合理匹配壓實設備提高壓實效率，壓實工藝采用由路基兩側(cè)向中心縱向碾壓的方式，嚴格執(zhí)行初壓，復壓，終壓三個階段，初壓采用低速碾壓增強壓實基礎，復壓采用中速提高壓實效果，終壓采用快速碾壓確保壓實質(zhì)量，壓路機按S形走行，相鄰碾壓帶重疊寬度不小于40厘米，確保壓實均勻性，低溫條件下尤其注重含水量調(diào)控，適宜含水量的填料及時碾壓，避免水分損失；含水量不適宜的填料經(jīng)調(diào)整處理后進行碾壓，壓實質(zhì)量檢測采用K30平板荷載試驗和灌砂法相結合的方式，確保各項指標滿足設計要求（圖1）。

4.2 材料工作性改善措施

針對低溫環(huán)境下路基路面填料工作性能下降的問題，通過添加改性劑和調(diào)控施工工藝參數(shù)實現(xiàn)材料工作性能改善，研究表明，摻入改性劑能有效擴大填料的適宜溫度施工范圍，如表1所示，不同類型改性劑對填料工作性能的改善效果存在顯著差異，石灰改性填料在－5℃環(huán)境下仍保持良好的工作性，最佳含水率范圍擴大2%，攤鋪均勻性提高15%，水泥改性填料的工作性能溫度適應范圍從標準－2℃提升至－8℃，且壓實度離散系數(shù)降低25%，現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)顯示，復合改性填料表現(xiàn)出最優(yōu)的低溫施工性能，工作性能適應溫度范圍擴大，壓實效果和層間結合強度均優(yōu)于單一改性填料，通過合理選擇改性措施，顯著提升填料在低溫環(huán)境下的工作性能。

4.3 分層填筑工藝創(chuàng)新

低溫環(huán)境下分層填筑工藝創(chuàng)新主要針對層間結合和壓實質(zhì)量展開，研究發(fā)現(xiàn)，采用預熱養(yǎng)護技術能有效提升填筑層間結合性能，通過便攜式熱風機對下層填料表面進行預熱處理，使層間溫差控制在5℃以內(nèi)，顯著改善結合面質(zhì)量，創(chuàng)新型分層填筑工藝采用變厚度控制方案，上層填筑厚度較下層減少5-8厘米，在保證總填筑厚度不變的情況下，提高壓實均勻性，同時，引入智能測溫系統(tǒng)實時監(jiān)控填料溫度，當溫度低于臨界值時及時調(diào)整施工參數(shù)，在層間過渡帶設置柔性防水層，通過防水層的保溫作用減緩填料溫度降低速度，延長有效施工時間，現(xiàn)場應用結果表明，創(chuàng)新工藝使填筑層間抗剪強度提高30%，壓實度均勻性提升25%，有效解決了低溫條件下分層填筑施工難題。

4.4 質(zhì)量監(jiān)控體系完善

低溫環(huán)境下路基路面材料施工質(zhì)量監(jiān)控體系的完善需要從監(jiān)測手段，控制標準和反饋機制三個方面進行優(yōu)化，智能化監(jiān)測系統(tǒng)的應用實現(xiàn)了對填料溫度，含水率和壓實度的實時監(jiān)控，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)即時傳輸和分析，現(xiàn)場質(zhì)量控制標準根據(jù)低溫特點進行動態(tài)調(diào)整，壓實度檢測頻率由常規(guī)每1000平方米一點提高至每500平方米一點，層間結合面檢測密度增加50%，建立多維度檢測體系，將傳統(tǒng)的灌砂法與核子密度儀結合使用，雙指標檢測提高了數(shù)據(jù)可靠性，質(zhì)量監(jiān)控數(shù)據(jù)庫的建立為工藝參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析識別關鍵質(zhì)量控制點，實現(xiàn)精準施工管理，監(jiān)控體系增設了溫度預警機制，當填料或環(huán)境溫度低于臨界值時自動發(fā)出預警信號，確保施工過程持續(xù)處于受控狀態(tài)。

5 結語

通過對低溫環(huán)境下路基路面材料施工性能的系統(tǒng)研究，闡明了溫度對填料材料物理力學性能的影響規(guī)律，研究表明，低溫條件改變了填料的含水率分布特征，強度性能和變形特性，對材料施工性能產(chǎn)生全面影響，通過壓實性能優(yōu)化，材料工作性改善，分層填筑工藝創(chuàng)新和質(zhì)量監(jiān)控體系完善等措施，顯著提升了低溫條件下路基路面材料的施工質(zhì)量和效率，這些研究成果不僅豐富了相關理論知識，也為寒冷地區(qū)路基路面工程建設提供了可靠的技術保障，具有重要的理論意義和工程應用價值。

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