起止时间：2002年7月——2005年12月

负 责 人：程国栋

总 人 数：24人

主要研究内容：

甘肃省占有大面积的季节冻土。即将设计施工的合作——郎木寺二级公路，位于甘南高原地区，海拔3000——4000M之间，地表大部分为高山草甸植被覆盖，气候寒冷，年均温度低于0℃，大部分地区属深季节冻土区，局部地方存在多年冻土，年均降雨量500～700毫米(郎木寺805.3毫米，合作577.1毫米)降雨量大于蒸发量，地下水丰富。

根据已有的工程实例和研究结果来看，在季节冻土区，尤其是在深季节冻土区，由于路基经受年复一年的周期性冻融循环作用，在冻结期，水分迁移的同时土体中盐分也随着迁移，在水分补给充足的条件下，就会引起冻胀、盐胀的发生，另外，在融化期，由于上部土体已经开始融化，而下部却仍处于冻结状态，这样未融化的土层便起到隔水层的作用，在上部动荷载反复作用和土体自身重力作用下，就会形成道路翻浆，所有这些病害，对公路的交通和行车安全都是极为不利的。

由于合作一郎木寺公路所处于上述的气候，地质地理条件，在这一地区修筑的路基如果不采取合理的工程措施，道路将会出现如下情况的破坏：冻胀，盐胀，翻浆等，如果不及时处理，将会从局部的病害，发展到大面积的路基破坏，影响交通和行车安全，为此，以合作一郎木寺公路为依托，进行甘肃省季节冻土区路基修筑技术研究，为甘肃省冻土区的道路公路设计与施工规范的制定提出科学依据，将具有重要的实际意义。

1．合作一郎木寺公路季节冻土最大冻深与分布；

2．合作一郎木寺公路沿线可能造成聚冰冻胀，盐胀，翻浆路段分区；

3．合作一郎木寺公路防治冻害的技术措施；

4．合作一郎木寺公路局部分布多年冻土地段的处理原则、方法；

5．合作一郎木寺公路该路段采用的筑路材料及防排水措施；

6．天祝等主要公路的病害调研、室内实验研究；

7．祁连山区地带的主要公路病害调研、室内实验研究。

预期研究成果：

1、提出合——郎公路病害防治措施建议；

2、合——郎公路工程试验总结；

3、甘肃省重冰冻地区公路路基设计参数及病害防治措施。

科学依据和意义：

1、科学依据

甘肃省位于黄土高原的西部，省内年平均气温-0.3℃(天祝县乌鞘岭)-14.8℃，属季节冻土区。每年有约3-4个月的冻结期，省内各地最大冻结深度在0.11m-2.4m之间，三月份开始融化。年平均降雨量为40-800mm。从近50年的气象资料来看：降雨有增加的趁势，这将对季节冻土区的工程带来不利影响。目前，随着西部大开发战略的实施和逐步深化，作为重中之重的道路交通建设在季节性冻结与融化的地区，将不断地增加。即将设计施工的合作一郎木寺二级公路，位于甘南高原地区，平均海拔在3000～4000m，地表大部分为高山草甸植被覆盖，有高山寒漠土，泥炭土和沼泽土。该区气候寒冷，年均气温低于0℃，大部分地区属深季节冻土区，冻结期和冻结深度主要受到海拔高度的影响，海拔在3000m以上的地区，冻结期120天左右，最大冻结深度约为2.30m，海拔4000m以上的地方存在多年冻土。本地段年均降雨量在500～700毫米之间(郎木寺805.3毫米，合作577.1毫米)降雨量大于蒸发量，各山之间形成平坦广阔的山间盆地，盆地内分部有大片的滩地，地下水外溢。

根据已有的工程实例和研究结果来看，在季节冻土区，尤其是在深季节冻土区，由于路基经受年复一年的周期性冻融循环作用，在冻结期，水分迁移的同时土体中盐分也随着迁移，在水分补给充足的条件下，就会引起冻胀、盐胀的发生，另外，在融化期，由于上部土体己经开始融化，而下部仍处于冻结状态，这样未融化的土层便起到隔水层的作用，在上部动荷载反复作用和土体自身重力作用下，就会形成道路翻浆，所有这些病害，对公路的交通和行车安全都是极为不利的。

由于合作一郎木寺公路段处于上述的气候，地质地理条件，在这一地区修筑的路基如果不采取合理的工程措施，道路就将会出现冻胀、盐胀、翻浆等工程病害，如果不及时处理，将会从局部的病害，发展到大面积的路基破坏，影响交通和行车安全。为此，以合作一郎木寺公路为依托，进行甘肃省季节冻土区路基修筑技术研究，为甘肃省冻土区的道路公路设计与施工规范的制定提出科学依据，将具有重要的实际意义。

2．意义和应用前景

本项目以实体工程为依托，着力进行合作一郎木寺公路路基冻害防治技术研究，形成一套季节冻土区路基修筑技术，为甘肃省冻土区道路公路设计与施工规范的制定提出科学依据，为解决具体的工程问题服务，其成果也可应用到类似地区的路基工程中去。

3．国内外研究概况、水平和发展趋势

当前，对于多年冻土区的道路研究，科研人员和工程人员做了大量的工作，取得了一系列的重要成果，但在季节冻土区，人们对于水渠、农作物的抗冻研究得比较多，而针对路基的研究则较少，田晓春等人针对铁路路基进行了季节性冻土基床病害整治研究。其措施主要是防水、排水。其它研究工作大都集中在水、热、力耦合冻胀模型的理论研究方面，在实际工程应用中较少，同时对冰冻翻浆的机理（从冻结滞水的角度）虽有所研究但不深入，防治措施主要是利用土工织物，换填土等。本研究针对实体工程，开展多种冻害防治措施的研究。

研究方法和技术路线

本研究总的思路为：野外调研一理论分析一现场观测一室内试验一试验工程．拟定科研技术路线为：采用沿线现场调查与勘查，结合典型地段综合观测和室内试验与数值模拟相接合的方法，在全面了解现场线路工程地质、冻土条件的基础上，研究防治冻害的路基修筑技术。具体如下：

1、调查：

工程地质条件；

水文地质条件；

地形、地貌；

不良地质现象；

原有公路路况。

2、勘测、测绘：

冻土分布；

地质；

冻胀性、融沉性；

钻探。

3、现场观测：

地温；

变形冻胀观测；

水分。

4、室内实验：

土质分析；

冻融实验；

含盐量实验。

5、理论分析计算：

进行沿线冻土工程地质条件及其评价；

分析评价冻胀融沉性分布及其规律；

冻害原因分析及防治原理；

进行线路设计原则及设计参数确定；

提出冻土路段的运营管理要求。

工作进度安排

1、2002年7-10月 全力进行合作—朗木寺公路的调查与试验段选定、工程措施选择、现有设计图的分析及工程措施设计、试验工程布设；

2、2003年5月及11月 对天祝等重冰冻地区的公路、工程地质、水文地质等调研；

3、2004年5月及11月 对祁连山区重冰冻地区的公路、工程地质、水文地质等调研；

4、同时进行试验工程的长期观测、室内试验、资料搜集及分析。

5、2002年5月提交最终报告。

已具备的条件

项目依托冻土工程国家重点实验室具有国际一流的冻土实验仪器设备，可为本项目的实施提供坚实的实验基础。课题组研究人员具有丰富的野外工作经历和良好的研究能力。本项目已基本具备了良好的研究基础，项目实施充分可行。

1961年以来，在季节冻土区和多年冻土区，结合实体工程做了大量的科研实践工作。并取得了丰硕的成果，创造了良好的社会经济效益。在青藏公路几十年的修筑技术研究中，获得了一系列极为重要的研究成果，形成了中国寒区冻土道路工程的基本框架。为青藏公路、青康公路，宁张公路的整治、设计提供了有效的方案，并为青藏铁路的上马打下了坚实的基础。

90年代开始，为解决冻土地区修筑公路工程，利用GIS、地质雷达等先进的研究方法和设备，进行了工程稳定性和适应性、冻土环境变化、气候变化对冻土及公路工程的影响等问题的研究，系统地评估冻土环境与工程环境的变化，冻土环境与工程稳定性间的相互关系，气候变化下多年冻土变化响应模型及工程适应性评价。成果直接被青藏公路二期整治工程设计与施工应用。这些成果完善了寒区重大工程建设的研究体系，积累了大量寒区工程对多年冻土生态环境影响的基础资料，推动了我国寒区工程学科的发展。