甘肃地区自然区划及筑路特点
摘要：论文首先对甘肃地区的气候和自然特征进行了描述，并分析和确定了甘肃公路自然区划的指标，在此基础上建立甘肃地区的公路三级区划。针对公路区划指标——温度对对沥青混合料的技术指标的影响，对甘肃地区的沥青混合料路面提出了主要的技术指标要求。并在改善方法中介绍了粗骨料对于沥青混合料的高温抗剪能力的贡献量的定量确定方法，明确了集料级配在沥青混合料中的作用，有利于沥青混合料的级配设计方法有经验法向定量法的改进。
针对甘肃地区特殊的气候特点，论述了气候因子——温度、辐射强度对土工合成材料指标的影响和老化机理，并给出了相应的改善方法。
针对甘肃的土壤地质特点，论述了地温、土壤的酸碱度、水份、土壤中的化学元素包括重金属对于土工合成材料指标的影响。提出了根据工程的实际需要来加强某些指标和进行土工材料的选取，并通过尺寸效应、预先张拉、添加抗氧化剂和光屏蔽剂来解决光氧老化、断裂伸长率等工程问题。
关键词：公路气候区划指标 公路气候区划 材料的技术标准 沥青混合料 土工合成材料 改善方法
中国幅员广阔，各地区的气候、土质、地理－地貌有很大的差异。因此，公路的设计、施工和养护必须根据各地区的特点进行。中华人民共和国成立前，没有进行过有关公路自然区划的制订工作。1957年开始进行公路气候分区的研究。1958年提出了道路气候分区初步方案，1959年又提出了修正方案，1964年确定修正方案，并纳入1966年交通部颁布的路面设计规范。此后，于1974年召开全国性会议，对影响公路建筑的自然因素进行了全面的分析，第二次提出修正方案并纳入1978年部颁路面设计规范。
区划原则:1966年路面设计规范所制订的区划三原则是：道路工程特征的相似性；地表气候区域的分异性；自然气候要素既有综合又有主导的作用。1974年修订时认为这三原则仍然适用，但需要补充三项指标。这三项指标是：
① 地带性和非地带性的差异。 ② 水热差异。
③ 突出黄土地区。
区划的分级:公路自然区划分为三个等级区。公路一级区是在全国范围内，根据地理－气候因素对公路建设所起的作用来划分，全国各分为七个一级区。二级区以气候和地貌作为分区的主要根据。但考虑的条件更为具体，要考虑各一级区区内分异本身的特点。除气候和地貌外，还考虑土质、冰冻条件、潜水埋深、道路自然病害等。对不同的一级区可以根据自然条件的实际分异特点和这些特点与公路建设有关的要求，作为划分二级区的根据。三级区是在二级区内划分为更细的级区，由地方自行划定。
甘肃地区的地理自然特征是（1）山高丘多，地形起伏大；（2）土壤地质特殊；（3）地质灾害和工程病害多。其气候特征主要有：（1）皆处于内陆地区，受海洋气候影响小；（2）年降水量小，蒸发量大，气候干燥，多风砂；（3）紫外线照射强；（4）昼夜温差大，冷热极值大；（4）同时甘肃地区存在季节性冰冻。这些特殊的气候和地理特征对西北部的路面材料尤其是对沥青混合料和土工复合材料的技术指标提出了特殊的要求。这些要求对沥青混合料而言就是对沥青混合料的某些技术指标作出特殊的要求和控制以求避免和降低在夏季高温造成车辙；冬季气温反复升降引起的沥青路面温缩裂缝；以及水分渗入沥青与集料的界面上，使粘附性降低，以及在冬天引起冻胀破坏；抗紫外线和光老化。对土工合成材料而言就是通过控制技术指标和改善生产工艺来提高力学性能、抗（紫外线和光）老化性能、耐（酸碱）腐蚀性能，从而提高其综合工程性能。要针对甘肃自然特征对上述两类材料的技术指标进行控制就必须建立西北部地区的这两种材料的气候区划，以指导研究的进行。上述的自然特征及其区划以及材料的特殊要求都是东部地区公路建设所没涉及到的，其建设经验与成果很难照搬到西北部的公路工程建设中来。因此，针对甘肃特殊的地形地貌、土壤地质和气候条件，开展对甘肃地区公路筑路材料产品系列技术标准的研究是西部大开发中急需解决的重要技术课题。
区划工作分以下几个步骤进行（1）经过独立性分析选取要素；(2)资料的网格化处理；（3）要素分布函数的拟和；（4）根据等概率原则对要素进行划分。为能更好地对沥青及沥青混合料路用性能的气候区划工作，在选取气候要素时，本
着两个原则（1）能较好地反映影响沥青及沥青混合料路用性能的气候要素；（2）要素本身应具有相对独立性。造成沥青混合料路面地永久变形、低温缩裂、疲劳龟裂及加速老化的因素很多，气候是最主要的外在因素。研究课题首先利用经验选出一些备用要素，其次通过相关检验，确定要素之间是否相关，如果彼此不太依存，就可以选为区划指标。
公路自然区划的三级指标
公路三级自然区划的指标很多，只要能对公路产生影响的区域性指标都可以作为三级区划的指标，归纳起来有两大类：①气候指标。主要包括大气降水类指标（年平均降雨量、年降雨日数等）、温度类指标（年最高/低气温、月平均气温、气温年较差等）、日照强度指标（紫外线辐射强度、年辐射总量等）、风速；②地理地质指标。主要包括海拔高度、土壤种类、区域地质（例如大的地质构造带，不宜采用局部工程地质）、土壤潮湿系数。
甘肃地理地质特征 1、黄土区
（1）位置分布与特点。在该区域，其分布受到山系走向控制。南以秦岭、伏牛山、大别山为界。同时中国黄土分布也与气候带的分布有关，大致分布在最低月温小于 0℃、年平均降雨量 250—500毫米，年蒸发量 1000 毫米的干旱区和半干旱区。其特点：①在该区黄土层高达数十米甚至几百米，地形起伏大，河流阶地两岸落差可达 100 米以上。由于长时间受水蚀和风蚀的作用，存在着塬、峁、梁、掌地、阶地、冲沟等区域地貌特征，同时还存在黄土墙、黄土柱、黄土坑、黄土桥等微地域特征；②由于黄土区处于我国干旱地带且大气降水难以储存，故植被覆盖率低，大多为不毛之地，偶尔有低矮的灌木杖地出现；③不良地质段多，自然灾害多发区。存在侵蚀、黄土滑坡、黄土崩塌、风蚀坑、陷穴、泥流等。在雨后，黄土吸水形成湿陷状态，非常不利于路基的稳定。
（2）黄土构成与力学性能。黄土在干燥状态下，表现出一定整体性和较高的强度，呈现出岩石所特有的纹理和褶皱，黄土路用力学性能较好。但在过湿饱水状态下，其力学性能很差。
2、沙漠和戈壁区
我国沙漠和戈壁区 90％以上位于西北部省份。西北部筑路不可避免的要穿越该区域。因此对沙漠和戈壁区自然地理特征和气候特征进行研究就显得十分必要。
（1）分布与特点。其特点是：①一年四季处于干旱状态，塔里木盆地的年降雨量不足 50mm,甘肃敦煌地区年降雨量为 30mm；②植被覆盖少，多为不毛之地；③多风沙，易形成流沙和沙尘暴；④昼夜温差大，季节温差大，一年地面极高温度可达 70℃，极低温度可达－20℃一下。
（2）力学性能。沙漠地带的路基不能为路面提供整体稳定支持，刚度达不到要求。在其上修筑沥青混凝土柔性路面，会因路基沉陷形成结构车辙。此外沙漠地区筑路还受到筑路材料（土石以及水）的限制和风沙吞噬的危险以及面临材料的老化和温度稳定性的问题，因此必须研究路面的典型结构和材料的技术指标以满足使用要求。
3、草原地区
草原面积在西北部地区中占很大的比例。该地区的地理特点以及筑路要求：①沼泽遍布，土基承载力低，路基部分易发生固结沉陷；②土基长时间处于饱水状态，对筑路材料的水稳定性提出了更高要求；③筑路材料受到限制，例如粗粒土与碎石。
4、高原与山岭
甘肃地区另一个重要的地理特征为高原与山岭。这使着地面起伏幅度大，温度垂直落差大，山顶和山底气温可相差几十度，形成多个气候带。同时也存在多种自然灾害，如雪崩、滑坡、地震等。这种地理气候特征要求在进行柔性路面的材料体积设计时需根据高度落差引起的气温变化进行，在山底温度较高地段采用针入度较小和劲度模量较大的沥青混合料，以增加其高温稳定性；在山上温度较低地段采用针入度较大和劲度模量较小的沥青混合料，以增加其低温抗裂性。同时对存在冰冻地段要进行抗冻深度验算，设置抗冻垫层。
总之，甘肃的自然地理特点为：土质变化多样，广泛分布着黄土、冻土、膨
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