浅谈防冻层厚度与冰冻深度的关系

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【摘要】在冰冻地区的中湿及潮湿路段的路面结构中，增设防冻层是防止路面冻胀破坏不可缺少的技术措施。因此，对冰冻地区路面防冻层的设计是路面强度计算之后，必须进行的一项补充设计内容。

1.绪言

我国北方一些冰冻地区，冬季冰冻时，会使道路路基产生不同程度的冻胀，尤其是在冰冻深度较大、路基潮湿的地区，冻胀更为严重；春季解冻融化后会产生沉降。随路面积雪清除程度不同，路基受冻害的程度也不相同（如没有清除积雪的路面，积雪起到隔温的作用，因而路基受冻害的程度得以减轻，道路的冻胀就会减少）；随路基中部与边缘的含水量不同，道路横断面的冻结深度也不相同。为了保证路面的整体强度，防止卿泥，提高路面的平整度，延长路面的使用寿命，一般必须设置基层。而在冬季冰冻地区，则必须设置防冻层。

2.冻结深度的确定

目前，我国及世界上寒冷地区的一些国家，在确定冰冻地区路面防冻层时，皆以当地地面冻深作为主要依据。例如，我国的公路柔性路面及水泥混凝土路面两本设计规范则以当地冻深为主要依据，结合路基潮湿类型及土质情况来确定路面的抗冻厚度。

3. 防冻层厚度设置

3.1防冻层作用。防冻层包括道面及非冻胀性垫层。它的作用，一方面依靠道面及垫层的重量抑制以下土层聚冰的速度，以减少路床的冻胀；另方面提供一个具有一定厚度和均匀的非冻胀垫层，拉开道面板和冻胀土的距离，减轻土层可能产生的不均匀冻胀对道面板的不利影响。从这个意义来说，防冻层主要是为了解决冻胀和不均匀冻胀的向题。但全靠道面及非冻胀垫层来解决这个问题是不尽合理的，所以防冻层还要考虑水、土等因素在内。

3.2 按冻结深度确定防冻层厚度

1.沥青路面防冻厚度设计

在试验研究工作的基础上获得了两种确定防冻厚度的方法，即计算法和按道路冻深的查表法。此处由于篇幅，只介绍计算法。路面防冻厚度与道路冻深有直接关系，为了确定防冻厚度，首先要确定道路冻深h道路。为此，我们根据热传导理论建立了土基冻深计算式：

推荐的土基容许冻深列于下表。

表3.1 土基容许冻深推荐值（cm）

式（3-6）中，α――防冻垫层系数，取值如表4.2；λ防冻――采用的防冻垫层材料导热系数，取值如表4.3。

表3.2 沥青路面防冻垫层系数

表3.3 常用垫层材料导热系数

现行规范《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）》中，防冻厚度的规定如下表3.4。

表3.4沥青路面最小防冻厚度推荐值（cm）

2.水泥混凝土路面防冻厚度

现行的规范《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）》关于水泥混凝土路面的防冻厚度规定如下：在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于表3.0.7（表4.4）规定的最小防冻厚度。

表3.5 水泥混凝土路面最小防冻厚度（m）

《水泥混凝土路面抗冻厚度的确定》中用理论推导进行验算，最后提出在季节性冰冻地区水泥混凝土路面抗冻厚度的建议值，如下表：表3.6 水泥混凝土潞面抗冻厚度建议值

4.小结

本文结合相关文献，简述了冰冻深度的计算方法，土的冻深与冻胀的关系（包括土的冰冻作用下聚冰现象）。按一般传统观念，不论土层含水量如何，总是认为冻层愈深的地区防冻层也应愈厚。但按土层湿度确定防冻层厚度时，除过潮土层外，在其余几个湿度等级中，路床湿度相同时，甚至出现偏南的地区防冻层愈厚的现象。冰冻深度并不是决定防冻层厚度设计的唯一因素，防冻层综合考虑冻结深度与按容许冻胀这两种因素，取较保守的防冻层厚度设计方案。

参考文献：

[1]贺元勇.在冰冻作用下土基中水分聚流的规律[J].土木工程学报，1964.3.

[2]邴文山，周军，王新发.道路冻深计算方法的研究[J].哈尔滨建筑大学学报.1995.4.

[3]赵继志.季节性冰冻地区道路的计算冻深深度[C].全国城市道路与交通工程学术会议论文集.1991.

[4]交通部公路科学研究所.JTG D40-2002.公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 2002.

[5]交通部公路科学研究所.JTG D50-2006.公路沥青路面设计规范 [S]. 2002.