季节性冻土地区道路冻深的研究

季节性冻土地区道路冻深的研究
摘要：冻深的确定是季节冻土区路基防冻设计的主要内容之一。

根据察格高速
公路典型路段道路冻深的现场观测资料，对确定道路冻深的各种现场方法的优缺
点进行了对比，并且对影响道路冻深大小的气温、地下水位、土质和含水量、线
路走向和路基断面形状等因素进行了分析探讨。

关键词：季节性冻土；道路；冻深
季节性冻土是指冬季冻结而春夏融化的土层，受季节气候影响明显。

我国季
节性冻土面积约为514万km2，占国土面积的53.5%。

季节性冻土的冻胀和融沉
作用对工程影响非常大，冻结时地层承载力大，解冻时融陷强度低。

因此在季节
性冻土地区进行公路、铁路建设时需严格考虑季节性冻土对工程的影响并采取适
当的防范措施以保证冻土路基的稳定性。

土体的冻胀将造成公路、铁路线路不平整，甚至影响行车安全，所以设计冻深的合理确定是保证冻土路基稳定的前提。

土的冻结深度是冻结能力的体现，也是决定各种冻土地区工程防冻胀处理措施的
主要指标。

1 设计冻深常用计算方法
1. 1 改进的斯蒂芬公式法
斯蒂芬公式是目前广泛应用的冻深计算公式，是基于冻深与气温之间相互关
系得到的。

最初始的斯蒂芬公式考虑因素过于简单，使得冻深计算精度误差较大，后经多年实践研究，对公式中热量进行修正，提出了改进的斯蒂芬公式：
2.1 气温
在建立气温与冻深的经验关系时，为了能够较真实地反映气温对冻深的影响，通常引入
空气冻结指数Tkd的概念，用空气冻结指数代替气温变量，建立空气冻结指数与冻深的关系
空气冻结指数是指某地在冻结期间的日平均气温tkd累积值的绝对值，冻结期为从本年度入
冬时月平均气温在零下那一个月开始到来年初春月平均气温在零上那一月终止的一段时间，
日平均气温为每天2点、8点、14点和20点四个时刻气温的平均值。

冻结指数Tkd可用下
式表示：
空气冻结指数Tkd=冻结期日平均气温tkd的绝对值
气温不仅影响冻深值大小，而且还影响最大冻深出现的时间。

2.2 土质和含水量对冻深的影响
路基土对冻深的影响有两方面，一是土质，二是含水量。

不同的土质具有不同的导热系数。

一般而言，黏土导热系数小。

沙土的导热系数大。

用导热系数大的土质作为路基填土，
其冻深必然大，反之，用导热系数小的材料作为路基填土，其冻深必然小。

另外，热容也是
影响冻深的重要因素。

热容大，单位重量的材料每降低一度所放出的热量大。

因此，热容大
的材料不利于冻深的增加。

水的热容大，相变成冰放热多，加上土体中水分的迁移作用，因
此在同等条件下。

含水量大的路基土冻结深度小。

3 道路冻害的防治
3.1 强夯加固地基
强夯的夯击能作用于地基土表面，并以波的形式将能量传向土体，在瞬间可将土体压缩
数厘米或数十厘米。

在强夯法处理后，地基土的性质将有很大改善，并表现出密实度提高、
含水量降低、渗透性降低、降低地下水位、构成地下隔水板、减小地基土的冻胀率等特点。

青海海西地区道路的工程实践表明，强夯法加固后，地基土的含水率、孔隙比、液化指数降低，容重提高，随之压缩模量及承载力大幅度提高。

3.2 风积砂垫层
国内外的工程实践表明，用较纯净的沙砾或中、粗砂换填季节性冻上，是获得削减地基
土冻害的理想方法之一。

青海海西地区属沙漠地区，这为海西地区的道路建设提供了丰富的
抗冻建材。

如果这种风积砂用作地基土的换填材料，将能够有效的防止、防治道路的各种冻害。

4 总结
针对季节性冻风积土的地质，开展防治风积土冻害的模拟现场实验室内试验，找出冻害的产生病因，采用各种有效的措施进行防治。

从本研究结果看，现有间接估计道路冻深的一些方法值得商榷和改进。

例如。

根据冻结指数与冻深正相关的变化关系，显然使用某一时期的冻结指数最大值估计设计冻深比较安全，而不应使用这一时期的平均值。

参考文献：
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