王新颖

（涿州市交通运输局公路工程管理站，河北 涿州 072750）

1 工程概况

本项目为省级公路，目前已施工完成，暂未通车，仅有施工载重车辆通过。多年冻土采用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材处理，经过一个冬天路基稳定。项目区属高原亚寒干旱气候，四季分明，日照时间较长，降雨量远小于蒸发量。受昆仑山脉的遮隔，项目区冬季经常遭遇寒流，年降水量少，空气干燥，温度变化大，极端最低气温为-23.5℃，极端最高气温为37.5℃，年平均气温为11℃，1 月、2 月最冷、7 月、8 月最热。根据勘探结果，多年冻土覆盖层厚度超过13m，多年冻土上限深度约为1.2～1.6m，下限深度约为7.5～8.0m。地层为砾类土，粉黏粒含量＞15%,含水率为13%～24%，为多冰冻土和富冰冻土，属基本稳定型，融沉等级为Ⅱ～Ⅲ级，融沉类型为弱融沉～融沉。

2 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材作用原理

隔热板路基是指在路基内铺置一层挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板隔热层，借助隔热板的热阻力，将路基因大气辐射而产生的热量隔阻于隔热板下，从而降低路基温度，使冻土减缓融化，冻土深度不会变化，以保护多年冻土。没有铺置隔热层时，路基中最低及最高温度包络线一般是一条连续光滑曲线。铺置保温层后，根据热传递原理，隔热板上、下将出现较大的温度差。当上部热量持续不变时，隔热板起到热阻作用，其下部岩土温度变化较小，最低及最高温度包络线区域缩小。由于沥青路面的热交换状态变化，使路基内的热量累积最终造成冻土深度出现变化。但铺置隔热板后，可使冻土深度保持稳定，甚至上升。隔热板的导热率越小，隔热功效越好。

3 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的路用性能

3.1 外观质量

择选3 个600mm×600mm×50mm 挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材，发现在自然光照下，隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材表面平整，色泽均匀，无明显的开裂、形变、起泡等缺陷。

3.2 压缩强度

按照硬质发泡塑料压缩功效测试方法，将挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材切割成100mm×100mm×50mm 的试件。采用万能试验机检测挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的抗压强度，加载速率为5mm/min。采用3 个挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材试件的平均压缩强度作为挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板压缩强度。挤压形变为0～3mm，压力极小，压缩形变为3～35mm，压力值较小，并且变化幅度较小，在压缩形变大于35mm 后压力值迅速加大，原因是挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的模量小，很小的力就能令其形变3mm。伴随压力值的逐步增大，板中间隙会逐渐缩小，当压缩形变达到35mm（总厚度的70%）时，基本达到挤密状态，材料再难压缩，此时可认为挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板已基本屈服。因此，将35mm压缩形变的强度看作挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板体的极限抗压强度，即563kPa。

3.3 隔热性能

对挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材开展隔热功效测试。选用单片保护热板装置，平均温度为25℃±2℃，测试温差为15～25℃，测得3 片挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板试件板的平均导热常数为0.027W/(m·℃），低于规范要求的0.03W/(m·℃)。当挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板厚度为25mm、平均温度为25℃时，热阻为0.93(m2·K)/W，高出规范要求的0.83(m2·K)/W。表明挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板保温功效符合需求，有利于冻土保护。

3.4 吸水率

根据硬质发泡吸水功效的检测条件，制作尺寸为150mm×150mm×50mm 的试件，水温为23℃±2℃，浸泡在蒸馏水中96h。结果显示：3 个试件平均吸水功效均为0.5%，低于规范中要求的1.0%。说明挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板有良好的隔水功效，既能避免上部水渗入路基内部，又能将地下水产生的各种驱动力切断，避免隔热板下面的水分迁移，进而避免路基损害。

3.5 尺寸稳定性

依据硬质发泡规格稳定性试验方法，制作尺寸为100mm×100mm×50mm 的试件，试验温度为70℃±2℃，试件置放48h 后，测量其宽度、长度及厚度的变化情况，计算所得变化率的算术平均值为0.4%，低于规范中要求的1.5%。表明挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的稳定性好，形变量小。总结X350 型挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的物理功效测试结果，如表1所示。

表1 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的技术参数测试结果

经冻融循环后，隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的技术参数测试结果如表2所示。

表2 经冻融循环后挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的技术参数

试验结果显示，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材经冻融循环过程后，体积吸水率及热导常数变化较小，抗压强度呈一定的波动性，总体表现为随融冻循环频次增加呈略微减小的趋势。

4 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材路基施工质量控制

4.1 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材路基施工季节

隔热板地基通常在冬季施工。冬天，隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材可阻止路面热量进入路基，起到隔热功效。但是据勘探资料显示，冻土从5月底开始融化，9 月底至10 月中旬融化深度达到最大值。但通常9月底开始降雪，要求路基施工的平均温度不低于0℃，因为温度太低机械无法作业，故本工程冬季施工难度极大。挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的铺置还应避开7月至10 月中旬，这是融冻深度最大的时候。工程所在地区的气候资料显示，5 月初最高温度低于10℃，夜间温度低于0℃，冻土还没有开始融化，可以开展机械施工。因此，依据该施工区域冻土区气候特征和变化规律，隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材路基施工应在5月初至6月中旬开展，于6月底前完工。

4.2 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的铺设

为达到应用功效，要求挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的表观密度不大于40kg/m3，热导常数不大于0.03W/（m·℃），吸水性不超过1.0%，规格稳定性不高于1.5%，抗压强度不小于300kPa，厚度为5～10cm。在施工过程中，因为挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板下面换填的砾石粒度大、棱角突出，为了防止压坏挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板，在挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板下面铺一层砂垫层或砾砂，并找平其表面。挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板接搭方式为平接，为确保各板间的稳定性，可错缝接搭，进而构成一个板体。在挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的铺装过程中，各板之间必须紧密相连，防止产生较大空隙。因工程所在地区风速较大，而挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的密度较小，故需要在挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板上铺设一层防水布，以避免地表水进入路基，从而确保挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的路用功效，减少路基水损害等。防水布幅宽4.5m，CBR 的顶破强度不小于11kN，撕裂强度不小于0.25kN，断裂强度不小于75kN/m。

4.3 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的接搭

挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板有两种主要的接搭样式：接搭及平接。横向上，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板有3种接搭样式：接搭、平接和企口。为提高施工效率以及便于制备，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板接搭通常以平接为主，亦可以在铺置中错缝接搭。如果事先未考虑挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的接搭，亦可以在施工中用U形钢筋固定挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板。U 形锚钉选用的钢筋长度不小于15cm，两脚间距是10cm，以使隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材构成一个整体，碾压时可有效避免板材翘起。直线路段中，因线形简单，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板接搭亦很简单。平面转弯曲线段中，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的接搭较为困难。

4.4 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材的板上填料铺筑

完成挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的接搭处理后，再铺设防水土工布，即可对隔热板开展填充料铺筑。为确保填充料在碾压中不受损，选用粒度较小的土或砾砂为宜。因为对基底换填的砾石土、水泥稳定土层和基层的强度要求很高，所以填充料选取砾砂，并将砾砂的含泥量控制在10%以内。从热力学考虑，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板上填料越少，即板埋设越浅，隔热功效将越好；而从隔热材料的抗压强度、压缩性等方面考虑，在道路施工和运行中，路面结构自重和车辆荷载极易造成挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板损坏，不但影响挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板的路用功效，也会影响道路整体强度。在施工过程中，运料车不可直接碾压挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材。在铺摊板上填充料时，应采用后移铺摊法，即料车于路基一端卸料，形成料堆，然后使用推土机按预留的压密厚度，将填充料向前推进并且整平，完成铺筑。再用三轮静压压路机碾压，不可使用振动压路机和重型压路机。

5 隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材在多年冻土区的路用效果

对该隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材在多年冻土区的路用效果进行分析。该试验段路基完工后，经检测，路基的稳定性较高，与对比路段相比，沉降量显著减小。依据案例区段隔热板路基试验路的运行情况可知，隔热板可以有效地维持冻土路基的温度场稳定，起到良好的隔热保温作用，确保多年冻土区路基温度变化幅度不大，并能够有效控制路基的沉降，减少了融沉及冻胀等路基损害，保证了多年冻土区路基的整体稳定性。

6 结语

本研究从作用原理、路用性能、施工季节、板材铺设、板材接搭及板上填料铺筑等方面，对应用隔热挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板材进行冻土路基治理的技术进行了分析，并通过试验段验证了该技术的工程适用性，可为冻土区公路路基施工提供参考。