路面结构的冰冻深度在《铺面工程学》第二版中的研究成果

季节性冻土地区冬季因温度低、湿度积聚等因素，造成路基冻胀，严重时会导致路面隆起或开裂，影响路面的行车舒适性和结构耐久性。一些国家如美国、加拿大、日本及俄罗斯等在20世纪初就进行了相关研究，尤其20世纪70年代苏联的崔托维奇《冻土力学》专著的发表，使冻土研究进入了新的阶段，对我国产生了很大影响。我国对土基冻胀的研究从20世纪50年代末开始，经过不懈的努力，在土基抗冻研究方面取得了一定的成果，为路面的抗冻设计提供了理论基础。在估计路面冰冻深度时，一般以当地地面冻深作为主要依据，结合路基潮湿类型及土质情况来确定路面的抗冻厚度。我国《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2017）中采用式（3-19）计算路面的最大冻深：

式中　Zmax——路面多年最大冻深，mm；

Zd——大地多年最大冻深，mm，根据调查资料确定；

a——大地冻深范围内路基、路面各层材料热物性系数，按表3-9确定；

b——路基湿度系数，按表3-10确定；

c——路面断面形式系数，根据表3-11按内插法确定。

表3-9　路基、路面材料热物性系数a

表3-10　路基湿度系数b

表3-11　路基断面形式系数c

但大地冻深Zd受许多因素的影响，如植被情况、积雪程度、地形特征及潮湿状况等，因而在同一地区地面的冻深差异很大，可以根据调查结果确定。在没有调查资料时，可以参考日本和苏联建立的大地标准冻深公式计算［20］：

式中　C——常数，与气候和地理位置有关，一般取2.5～4.5；

f——冻结指数，取最近20年冻结指数平均值，即冬季负温度的累积值，即负温度与持续天数的乘积之和（℃·d），如表3-12所示。

表3-12　1960—2000年各省气候统计资料

利用上述结果，可以对不同因素的影响进行敏感性分析。以哈尔滨地区为基准值，对常用的路面结构，改变路面结构层的材料组成，找出最大冻深和最小冻深的差值。计算范围以路面结构厚45～75 cm，各层材料组成从不含隔温性能好的材料，到最多含有40 cm厚隔温性能好的材料，从沥青混凝土路面到水泥混凝土路面。经大量计算可得冻深最大值与冻深最小值之差为47 cm，即材料影响冻深的最大范围为47 cm。

类似地，可以计算路基填挖状态对冻深的最大影响量。在基准条件下，只改变路基的填、挖方状态，计算常用路面结构的冻深值。路基的填挖状态分为三种情况：①路基填高在50 cm以上时为填方；②路基挖方在50 cm以上时为挖方；③填高小于50 cm和挖方小于50 cm之间由于冻深影响量不大，均算作不填不挖状态。对于常用路面结构，填挖方影响冻深的最大范围为44 cm。而路基湿度状态对冻深最大影响量在22 cm左右。

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【注释】

[1]NCHRP：National Cooperative Highway Research Program.