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起止時間：2002年7月——2005年12月

負 責 人：程國棟

總 人 數(shù)：24人

主要研究內(nèi)容：

甘肅省占有大面積的季節(jié)凍土。即將設(shè)計施工的合作——郎木寺二級公路，位于甘南高原地區(qū)，海拔3000——4000M之間，地表大部分為高山草甸植被覆蓋，氣候寒冷，年均溫度低于0℃，大部分地區(qū)屬深季節(jié)凍土區(qū)，局部地方存在多年凍土，年均降雨量500～700毫米(郎木寺805.3毫米，合作577.1毫米)降雨量大于蒸發(fā)量，地下水豐富。

根據(jù)已有的工程實例和研究結(jié)果來看，在季節(jié)凍土區(qū)，尤其是在深季節(jié)凍土區(qū)，由于路基經(jīng)受年復(fù)一年的周期性凍融循環(huán)作用，在凍結(jié)期，水分遷移的同時土體中鹽分也隨著遷移，在水分補給充足的條件下，就會引起凍脹、鹽脹的發(fā)生，另外，在融化期，由于上部土體已經(jīng)開始融化，而下部卻仍處于凍結(jié)狀態(tài)，這樣未融化的土層便起到隔水層的作用，在上部動荷載反復(fù)作用和土體自身重力作用下，就會形成道路翻漿，所有這些病害，對公路的交通和行車安全都是極為不利的。

由于合作一郎木寺公路所處于上述的氣候，地質(zhì)地理條件，在這一地區(qū)修筑的路基如果不采取合理的工程措施，道路將會出現(xiàn)如下情況的破壞：凍脹，鹽脹，翻漿等，如果不及時處理，將會從局部的病害，發(fā)展到大面積的路基破壞，影響交通和行車安全，為此，以合作一郎木寺公路為依托，進行甘肅省季節(jié)凍土區(qū)路基修筑技術(shù)研究，為甘肅省凍土區(qū)的道路公路設(shè)計與施工規(guī)范的制定提出科學(xué)依據(jù)，將具有重要的實際意義。

1．合作一郎木寺公路季節(jié)凍土最大凍深與分布；

2．合作一郎木寺公路沿線可能造成聚冰凍脹，鹽脹，翻漿路段分區(qū)；

3．合作一郎木寺公路防治凍害的技術(shù)措施；

4．合作一郎木寺公路局部分布多年凍土地段的處理原則、方法；

5．合作一郎木寺公路該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調(diào)研、室內(nèi)實驗研究；

7．祁連山區(qū)地帶的主要公路病害調(diào)研、室內(nèi)實驗研究。

預(yù)期研究成果：

1、提出合——郎公路病害防治措施建議；

2、合——郎公路工程試驗總結(jié)；

3、甘肅省重冰凍地區(qū)公路路基設(shè)計參數(shù)及病害防治措施。

科學(xué)依據(jù)和意義：

1、科學(xué)依據(jù)

甘肅省位于黃土高原的西部，省內(nèi)年平均氣溫-0.3℃(天?？h烏鞘嶺)-14.8℃，屬季節(jié)凍土區(qū)。每年有約3-4個月的凍結(jié)期，省內(nèi)各地最大凍結(jié)深度在0.11m-2.4m之間，三月份開始融化。年平均降雨量為40-800mm。從近50年的氣象資料來看：降雨有增加的趁勢，這將對季節(jié)凍土區(qū)的工程帶來不利影響。目前，隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施和逐步深化，作為重中之重的道路交通建設(shè)在季節(jié)性凍結(jié)與融化的地區(qū)，將不斷地增加。即將設(shè)計施工的合作一郎木寺二級公路，位于甘南高原地區(qū)，平均海拔在3000～4000m，地表大部分為高山草甸植被覆蓋，有高山寒漠土，泥炭土和沼澤土。該區(qū)氣候寒冷，年均氣溫低于0℃，大部分地區(qū)屬深季節(jié)凍土區(qū)，凍結(jié)期和凍結(jié)深度主要受到海拔高度的影響，海拔在3000m以上的地區(qū)，凍結(jié)期120天左右，最大凍結(jié)深度約為2.30m，海拔4000m以上的地方存在多年凍土。本地段年均降雨量在500～700毫米之間(郎木寺805.3毫米，合作577.1毫米)降雨量大于蒸發(fā)量，各山之間形成平坦廣闊的山間盆地，盆地內(nèi)分部有大片的灘地，地下水外溢。

根據(jù)已有的工程實例和研究結(jié)果來看，在季節(jié)凍土區(qū)，尤其是在深季節(jié)凍土區(qū)，由于路基經(jīng)受年復(fù)一年的周期性凍融循環(huán)作用，在凍結(jié)期，水分遷移的同時土體中鹽分也隨著遷移，在水分補給充足的條件下，就會引起凍脹、鹽脹的發(fā)生，另外，在融化期，由于上部土體己經(jīng)開始融化，而下部仍處于凍結(jié)狀態(tài)，這樣未融化的土層便起到隔水層的作用，在上部動荷載反復(fù)作用和土體自身重力作用下，就會形成道路翻漿，所有這些病害，對公路的交通和行車安全都是極為不利的。

由于合作一郎木寺公路段處于上述的氣候，地質(zhì)地理條件，在這一地區(qū)修筑的路基如果不采取合理的工程措施，道路就將會出現(xiàn)凍脹、鹽脹、翻漿等工程病害，如果不及時處理，將會從局部的病害，發(fā)展到大面積的路基破壞，影響交通和行車安全。為此，以合作一郎木寺公路為依托，進行甘肅省季節(jié)凍土區(qū)路基修筑技術(shù)研究，為甘肅省凍土區(qū)的道路公路設(shè)計與施工規(guī)范的制定提出科學(xué)依據(jù)，將具有重要的實際意義。

2．意義和應(yīng)用前景

本項目以實體工程為依托，著力進行合作一郎木寺公路路基凍害防治技術(shù)研究，形成一套季節(jié)凍土區(qū)路基修筑技術(shù)，為甘肅省凍土區(qū)道路公路設(shè)計與施工規(guī)范的制定提出科學(xué)依據(jù)，為解決具體的工程問題服務(wù)，其成果也可應(yīng)用到類似地區(qū)的路基工程中去。

3．國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢

當前，對于多年凍土區(qū)的道路研究，科研人員和工程人員做了大量的工作，取得了一系列的重要成果，但在季節(jié)凍土區(qū)，人們對于水渠、農(nóng)作物的抗凍研究得比較多，而針對路基的研究則較少，田曉春等人針對鐵路路基進行了季節(jié)性凍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、熱、力耦合凍脹模型的理論研究方面，在實際工程應(yīng)用中較少，同時對冰凍翻漿的機理（從凍結(jié)滯水的角度）雖有所研究但不深入，防治措施主要是利用土工織物，換填土等。本研究針對實體工程，開展多種凍害防治措施的研究。

研究方法和技術(shù)路線

本研究總的思路為：野外調(diào)研一理論分析一現(xiàn)場觀測一室內(nèi)試驗一試驗工程．擬定科研技術(shù)路線為：采用沿線現(xiàn)場調(diào)查與勘查，結(jié)合典型地段綜合觀測和室內(nèi)試驗與數(shù)值模擬相接合的方法，在全面了解現(xiàn)場線路工程地質(zhì)、凍土條件的基礎(chǔ)上，研究防治凍害的路基修筑技術(shù)。具體如下：

1、調(diào)查：

工程地質(zhì)條件；

水文地質(zhì)條件；

地形、地貌；

不良地質(zhì)現(xiàn)象；

原有公路路況。

2、勘測、測繪：

凍土分布；

地質(zhì)；

凍脹性、融沉性；

鉆探。

3、現(xiàn)場觀測：

地溫；

變形凍脹觀測；

水分。

4、室內(nèi)實驗：

土質(zhì)分析；

凍融實驗；

含鹽量實驗。

5、理論分析計算：

進行沿線凍土工程地質(zhì)條件及其評價；

分析評價凍脹融沉性分布及其規(guī)律；

凍害原因分析及防治原理；

進行線路設(shè)計原則及設(shè)計參數(shù)確定；

提出凍土路段的運營管理要求。

工作進度安排

1、2002年7-10月 全力進行合作—朗木寺公路的調(diào)查與試驗段選定、工程措施選擇、現(xiàn)有設(shè)計圖的分析及工程措施設(shè)計、試驗工程布設(shè)；

2、2003年5月及11月 對天祝等重冰凍地區(qū)的公路、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等調(diào)研；

3、2004年5月及11月 對祁連山區(qū)重冰凍地區(qū)的公路、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等調(diào)研；

4、同時進行試驗工程的長期觀測、室內(nèi)試驗、資料搜集及分析。

5、2002年5月提交最終報告。

已具備的條件

項目依托凍土工程國家重點實驗室具有國際一流的凍土實驗儀器設(shè)備，可為本項目的實施提供堅實的實驗基礎(chǔ)。課題組研究人員具有豐富的野外工作經(jīng)歷和良好的研究能力。本項目已基本具備了良好的研究基礎(chǔ)，項目實施充分可行。

1961年以來，在季節(jié)凍土區(qū)和多年凍土區(qū)，結(jié)合實體工程做了大量的科研實踐工作。并取得了豐碩的成果，創(chuàng)造了良好的社會經(jīng)濟效益。在青藏公路幾十年的修筑技術(shù)研究中，獲得了一系列極為重要的研究成果，形成了中國寒區(qū)凍土道路工程的基本框架。為青藏公路、青康公路，寧張公路的整治、設(shè)計提供了有效的方案，并為青藏鐵路的上馬打下了堅實的基礎(chǔ)。

90年代開始，為解決凍土地區(qū)修筑公路工程，利用GIS、地質(zhì)雷達等先進的研究方法和設(shè)備，進行了工程穩(wěn)定性和適應(yīng)性、凍土環(huán)境變化、氣候變化對凍土及公路工程的影響等問題的研究，系統(tǒng)地評估凍土環(huán)境與工程環(huán)境的變化，凍土環(huán)境與工程穩(wěn)定性間的相互關(guān)系，氣候變化下多年凍土變化響應(yīng)模型及工程適應(yīng)性評價。成果直接被青藏公路二期整治工程設(shè)計與施工應(yīng)用。這些成果完善了寒區(qū)重大工程建設(shè)的研究體系，積累了大量寒區(qū)工程對多年凍土生態(tài)環(huán)境影響的基礎(chǔ)資料，推動了我國寒區(qū)工程學(xué)科的發(fā)展。