４６道路交通 城市道桥与防洪 ２０１７年１ １月第１ ｌ期 关于高原冻土地区公路路基设计研究 陈 亮 （广东泛珠勘察设计有限公司，广东广州５ｌ０６２３） 摘要：分析高原冻土环境的公路病害特点，以及病害产生的原因和影响。提出高原冻土地区的公路路基没汁疗法，包括 没计的基本原则和特殊路基的设计措施。对高原冻土路基的冻害问题提出设计与施丁对策，用于保障复杂环境 Ｆ的道路设 计安全与长期使用性能。 关键词：高原地区；冻土；冻胀病害；公路路基；设计方法 中图分类号：Ｕ４１２．３６ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００９—７７１６（２０１７）ｌ１—００４６—０３ ０引言 我国地域辽阔，存在很多高海拔寒冷区域。这 些地区广泛分布着多年冻土和季节冻土，地质和 地形状况相对于普通海拔区域更为复杂。随着我 国交通基础设施建设进一步发展，路网体系逐渐 趋于完善，很多高等级的公路工程开始出现在高 海拔地区。在高原地区修建公路需要面对多年冻 土和季节冻土的地质环境，虽然我国对于高原地区 修建基础设施积累了一定的经验和方法，但相关科 研工作和技术成果还没有达到成熟的地步，需要在 提炼和总结现有研究和工程经验的基础上，为高原 冻土环境的公路建设提供支持『１．２＿。 水分布等有关。对于渗透性很低的黏性土或渗透 性很高的砂土，由于水分不容易集聚，因此不容易 发生冻胀病害。然而，对于容易集聚水分的粉土和 细砂等，由于毛细水活动强，极容易发生冻胀和翻 浆问题。此外，地下水分布对冻胀的发生也有直接 影响。如果地下水位高且路基湿度大，则路基冻结 缓慢，不容易发生翻浆１３，４Ｊ。以下就对于高原冻土地 区的常见病害特征进行梳理分析。 １．１翻浆 高原环境中，土体在冻结过程中集聚了较多 水分。在土质状态不好的情况下，到了春暖化冻时 水分不能及时排 ，从而使得土基软弱、强度降 本文首先总结了目前高原冻土地区的公路运 营病害特点，通过对病害的分析，总结设计中存 在的不足和改进方法；其次，提炼了高原地区冻 土环境的公路路肩设计原则和方法；最后，提出 针对公路路基冻害的防治措施和办法。相关经验 总结可为高原冻土地区的公路路基设计提供参 考和借鉴。 低，整个土体的物理特性和力学特性都受到很大 的影响。在路面车辆荷载的作用下，路面很容易发 生鼓包、开裂、车辙和唧浆等病害问题，这些就是 典型的翻浆现象。此类病害已在多条高原地 公 路中被发现。 １．２寒冻裂缝 高原地区土体的最大环境作用是冻胀循环。 １高原冻土地区公路病害特征分析 高原冻土区域的上部一般是季节性融化层， 而下部基本是多年冻土层。在季节温度作用下，上 部融化层由于温度更替和水分的变化等，会出现 翻浆、寒冻裂缝、融沉、冰害和冻胀等病害问题。实 际上影响路基冻胀病害的因素，与土质特性、地下 收稿日期：２０１７—０７—２０ 作者简介：陈亮（１９７８一），男，广西桂平人，工程师，从事路桥设 寒冻裂缝的形成是由于土体局部不均匀的冻胀使 得路基发生横向的扭曲，或者是因为冬天温度急 剧变化引起土体不均匀收缩从而横向扭曲，这导 致路基和路面出现局部的不均匀和不平整。虽然 在春季回温过程中这种横向扭曲会得到释放，ｆ＿ｆ＿ｌ 反复的冻融循环作用会直接破坏路基的稳定性， 并且在外界车辆荷载作用下发生振动，引起路基 坍陷和滑坡。 １．３融沉 在高原多年冻土地区，由于地下冰层埋藏较 浅，在施工和运营过程中因为各种凶素改变＿ｒ路 计工作． ．２０１７年１１月第１１期 城市道桥与防洪 道路交通４７ 基地基的自然条件和物理状态，使得多年冻土发 生局部融化。上部土层在自重和外界荷载作用下 土且厚度较薄的地段可以采取挖除或者人工爆破 发生沉陷，从而引起严重的路基变形。常见的路基 融沉有缓慢沉落型和急剧沉落型。缓慢沉落型发 生在富含或饱含冰层的多年冻土区域，因此施工 和运营对这种区域的干扰是缓慢的；急剧沉落型 发生在厚层地下冰地段，由于外界因素的干扰使 得厚层冰段融化而引起大面积融化。融沉的典型 特征是路基下沉，向阳一侧路肩和边坡发生开裂、 等手段将富含冰层完全换填干燥土层，保持路基 稳定。 ２．２特殊路段的设计与施工处置 高原冻土环境的路基修筑不仅面临冻土基 础，还有各类复杂的路基建设环境，如水草沼泽路 基、湖塘路基和冰雪害路基等。需要结合冻土基础 和特殊路基的特点，开展针对性设计方法。 （１）水草沼泽路基。不同冻土环境下水草沼泽 下滑和滑塌。融沉病害主要发生在低路堤地段。 １．４冰害 高原冻土区域还会出现常见的冰丘、冰椎和 流冰等冰害。地下水在冬季发生冻结，并且受到多 年冻土或冻结地面的阻隔效应，在上层覆土薄弱 地方因冻胀效应使得路面鼓起，形成冰丘。这些病 害在春暖季节会消失，但因为冻融循环很容易产 生开裂。 １．５冻胀 高原地区的典型特点是土层中的水分在负温 度下发生结晶，形成各种各样的冰体倾入土体中， 直接导致土体积增大，从而使得路面发生开裂，这 是由于冻胀力和冻结力的作用形成的。 ２高原冻土地区公路路基的设计方法 ２．１总体设计方法 高原冻土地区冻土的特征不同，其设计原则 和方法也不同。对于多年冻土下限在４ ｍ以内的 路段，可以采取融化的原则全部清除多年冻土层， 并且回填砂砾和碎石进行整治。对于多年冻土下 限在４ ｍ以上的路段，一般需要控制融化的速度， 采取主动冷却和被动保护的手段来维持冻土路基 的稳定性。具体的冻土地区公路路基的设计方法， 可以根据冻土的不同特征开展相关设计工作。基 本原则是保护冻土、控制融化速度、加速融化等。 保护冻土是在公路施工过程中采取适当的手 段，例如设置保温层、保温护道、铺筑浅色路面等 使冻土环境不受过大干扰。主要面向于低温多年 冻土路段。 控制融化速度则是对于路基高度按照公路设 计使用年限内路基变形量不大于允许变形量的 设计方法。主要面向于地温较高且含冰量较少的 路段。 加速融化主要用于地温较高的少冰冻土或者 富含冰冻土但厚度较薄的地区。少冰冻土在融化 作用下下沉量较小，当基底融深在３～５ ｍ时，即使 下沉量较大也不会危及路基的稳定性；富含冰冻 路基有不同的设计与施工对策。对于季节性冻土 路段，应该对水草沼泽基底进行清淤排水和疏干 处理，然后再填筑路基，并进行砂砾石换填；对于 少冰和多冰路段，在清除基底和疏干的情况下需 要采用强度较高的块石进行换填，并且铺设土工 格栅增强其整体性；对于高含冰路段，可以不清 除，直接在地表铺设片状块石，并采用重型压路机 碾压。 （２）湖塘路基。冻土退化区很容易形成湖塘路 基段落。对于湖塘路基，需要先清除淤泥，并采用 砂砾或片石填筑到水面高程以上０．３～０．５ ｍ，在片 石顶填筑０．３ ｍ的砂砾，冲击碾压后再按照一般的 路基进行填筑。 （３）冰雪害路基。高原地区冬天负温持续时间 较长，冰雪害天气较多，且降雪量大，使得降雪不 容易融化而形成路面冰雪灾害，危及路面行车安 全。因此，针对冰雪害路基地段，需要充分考虑路 面的抗滑性能，采取放缓路线纵坡等形式加强路 面的抗滑性能，并设置一定数量的除雪除冰机械， 及时清除冰雪，为道路的正常运营提供支持。 ３高原冻土路基冻害的防治措施 为了更好地面对高原环境，减少路基冻害，需 要建立一系列的防治措施。 （１）保持冻土环境的平衡。冻土环境经过多年 的自然选择形成，在道路的施工过程中应尽量避 免对原有冻土环境的干扰和破坏，尽量不改变或 者少改变冻土环境，达到公路设计使用年限的要 求。 （２）提高路基的设计高度并降低垂直地温梯度。 尽量采用路堤的形式，不破坏地表的同时，最大限 度保持原有的冻土水热平衡。而采用路堑的路基 方式，则很容易挖除季节冻融层，从而破坏原有的 冻土层构造，使得冻土融化引起边坡失稳、路面融 沉等病害。除了采用路堤形式外，还需要做好基底 处理，尽量保留基底和路基两侧的地表植被。此 外，路堤的设计高度应该以降低垂直热流至接近 ４８道路交通 城市道桥与防洪 ２０１７年１ １月第１ ｌ期 热平衡为原则，使得冻土上限埋深可以达到能够 融化的最大深度。这个最大深度一般需要根据实 测资料进行热学计算，也可根据参考值取值计算 （见表１）。 表１高原冻土地区路基高度的设计参考值 冻土类别 少冰冻土 融化层的冻结深度，从而达到防治冻害的日的。在 路基设计高度，ｍ １．５ １．８ 冻土区域建造道路，由于地表热交换条件的改变， 使路基内的热量积累，从而引起冻土上限降低，便 易导致路面融沉和局部坍塌。采用隔温措施可以 有效地稳定冻土上限，阻止上部热量向下传输，同 时也可以阻止冻土的热量向外部传递，令冻土环 境不受到外界的过大干扰。一般可以采用保温板 等设施进行隔温。 富冰冻土 饱冰冻土 含土冰层 ４结语 随着我国交通运输产业的快速发展，需要在 ２．２ ２．６ 越来越复杂的环境下继续完善现有的道路体系 （３）放缓边坡或设置加宽加高的护坡道。由于 高原冻土问题是道路路基设计与建造的关键问 题。具备了对冻土问题的理解和掌握，才能保证路 基设计的安全和长期性能。本文分析．ｒ高原冻土 环境的典型病害特点，以及病害产生的原 和影 响，从而对高原冻土环境的公路路基，提 了没汁 原则和针对不同冻土特征的设计方法。最后总结 了高原冻土路基冻害的防治措施和技术要点，ＨＪ 于保证高原冻土环境下公路路基的设计与建设。 参考文献： ［１］刘茂海．关于多年冻土地区公路路基的没汁…．呼伦｛Ｊ＝！尔学院 学报，２００８，ｌ６（２）：７９—８０． 饱和冻土地段有融化的风险，可通过在填方坡脚 设置保温护坡道来降低对路基的影响。护坡道材 料可以选用导热性弱同时又可就地取材的材料。 （４）改善道路的排水条件，加强路面和地面排 水。设置排水系统会破坏地表的天然覆盖状况，引 起冻土层的上限降低，从而对沟渠变形和路基稳 定产生影响。排水沟和截水沟应该远离路基的坡 脚或坡顶设置，一般需要距离８～２０ ｍ，并且尽量避 免开挖排水沟和截水沟，减少对冻土的影响。 （５）选择合适的路基填料。由于雨水和地下水 对路基填料的影响非常显著，加上冻土区域由于 水结冰而引起的冻胀病害，因此需要选择透水性 好或者水稳定性好的材料，如碎砾石和天然砂砾 等。 （６）隔温。隔温就是通过增加热阻以降低季节 ［２］张锦生．多年冻土地区公路路基设计的探｝ｌｆ｛Ｊ１．黑坨 程职业学院学报，２０１０（４）：４０—４１． 态ｌ ［３】张涛，陈凯．高原冻土地区公路路基设计方案浅析ＩＪＪ 火采矿 ．技术，２０１４（１）：９２—９３． ［４］李帅．季节性冻土地区公路路基没计要点ｌ ＪＪ．黑龙江交通科技， ２０１７ ｆ２１：４８． 千千●●中年● ｔ十千千●●寸十 中ｔ中十千●●中ｔ中十●●中●十ｔ中●●中●千千●七十十七千千七十●●中寸ｔ 中十●中中中 ●●●寸千＋ 十 ●七十ｔ中中七 ●七．Ｐ●中●十 七十七－Ｐ中■ （上接第４１页） 表５路面结构组合 西半幅（加铺） 东半幅（新建） ４ ＣＭＩ细粒式沥青混凝土（ＡＣ一１３Ｃ） 均为盐渍土，本工程对于盐渍土进行了有效的处 理，该项目已经建成运营，取得了良好的效果。 旧路改造往往因其两侧用地性质、电力电信 杆线、道路路基路面现状及施丁期交通组织等综 合影响使改造变得复杂，因此需对道路现状进行 严密细致的调查，根据现状条件制定经济合理的 改造设计原则，对交通需求、技术指标、造价等各 种因素进行综合分析，从而优选Ｉ叶Ｊ指标合理、造价 最省的改造方案。 ４ ｃｍ细粒式沥青混凝土 黏层沥青 （ＡＣ一１３Ｃ） ６ ｃｍ中粒式沥青混凝土（ＡＣ一２０Ｃ） 黏层沥青 现状路面结构 透层沥青 ３２ ｃｍ水泥稳定砂砾 ２０ ｃｍ级配砂砾 状道路利用达到了最大化，同时由于工程所在地