浅谈冻土路基的基本设计方法

浅谈冻土路基的基本设计方法

简要分析多年冻土路基设计的基本方法，为保证冻土地区道路工程质量提供借鉴。

标签：冻土融沉翻浆保温破坏

0 引言

近年来，随着黑龙江省交通运输事业的蓬勃发展，公路建设步伐加快，特别是西北部地区开发和建设逐步深入，西北部地区的公路建设快速发展，在近几年的公路建设中，由多年冻土产生的融沉、翻浆等病害对工程建设的影响日趋明显，成为威胁工程质量的主要因素之一。因此，关注和了解多年冻土知识，研究并掌握多年冻土的处理技术，对保证工程质量和节省工程造价将具有重要意义。

东北地区的冻土在各种地质、地理等自然因素影响下，形成以谷地为中心，逐渐向两侧展开的分布形式。具有地温低、冻土厚度大、分布面积广的基本特征。称为“兴安谷地型”多年冻土。根据年平均气温、地温、厚度及分布的连续性程度，自北向南分為：大片连续多年冻土、岛状融区多年冻土、岛状冻土、季节性冻土等类型。

1 冻土路基设计的基本方法

冻土是一种特殊的土体。其成分、结构、热物理及物理力学性质均有着不同于一般土的许多特点。常见的冻土路段道路破坏现象有：融沉、冻胀、翻浆等。只有对这些破坏现象给与充分的重视，并加以研究，才能更好的在以后的道路修建中，减少和避免这些现象的发生，现简要介绍一下冻土路基的基本设计方法。

冻土路基设计的基本方法主要为保温和破坏两种：

1.1 保温从保护冻土出发，单纯考虑路堤高度时，热稳定的影响是比较简单的。因为路基越高，意味着从上界流向地中的传热过程中，热阻增大、路基自身的储热能力增大，因而有利于热稳定。但是路基不能无节制的加高。路基的高度应以降低垂直热流至接近热平衡为原则，是冻土上限埋深达到可能融化的最大深度。

从路基热稳定角度看，设定一定高度和宽度的护坡道或放缓边坡，可以加强侧向散热，减小垂直热阻。根据工程经验，设置护坡道的路段，热融沉陷相对弱的多，加高加宽护坡道可以使路侧冻土上限上升，一方面防止冻结层上水进入路基下冻土上限凹槽，使多年冻土融化；另一方面可形成水平地温梯度，促进侧向散热。护坡道的宽度不宜小于2~3米，在排水不畅的地段不宜小于5米。高度一般0.8~1.5米为宜(主要考虑到经济性)。

冻土路堤填料既要满足承载能力的要求，又要满足防止路基聚冰冻胀作用，同时还要考虑其保温性能。作为多年冻土地区路基的填料，岩块、粗粒土及细粒土各有优缺点。岩块和粗粒土持水能力要比细粒土小，在相同的气候条件下，含水量小的粗粒土在冬季散失的热量小，而潮湿的细粒土在冬季散失的热量大；粗粒土的渗透性能较好，因此夏季雨水渗水粗粒土携带的热量要较细粒土多；细粒土作填料一般填筑比较紧密，空隙度小、空气充量小，基本上是以土颗粒本身进行热传导，热传导的速度比较慢，而以岩块的碎块石、卵石土及粗粒土等填筑时，一般空隙度较大，空气在空隙中易产生对流，因而增强了热传导性能，夏季易于吸热，冬季易于放热，使热源能量传递较深。

上述热传导性能的差别，是由于粗粒土与细粒土热物理状态的不一致性，因为热容量不同，因此在冻融交替过程中，在吸热、散热速度上，时间上均不相同，填砂粘土的地温要比填砂卵石为低，地温的回升速度填粘土的较填砂卵石的明显。在做好地表排水的前提下，用粗粒土或细粒土作填料对保护基底冻土无明显的区别，填料类别一般不起控制作用。因此，除了特殊要求外，宜采取因地制宜，就近取土的原则，以便施工，降低造价。但在特殊路段，路基填料的选择一定要慎重，要考虑各种控制因素，有时远距离取用适宜的填土也是必要的。如对排水困难的地段，适当利用粘性土或底部填渗水土做隔断层，可以有效低防止地表水渗入基底造成路基融沉或因毛细水作用而造成的冻胀病害。

草皮、富含腐植土，草炭土和泥炭土等类土应控制使用，因其不宜压实，导致路基的稳定性和强度降低，对行车是不安全的。

1.2 破坏当冻土已有破坏迹象及含水量较小、融化后不致发生过量沉陷的冻土路段，可以采用破坏的处理方式，将路基范围内基底的多年冻土层全部清除，换填天然砂砾、碎石土、或风化砂砾。同时，应做好路基两侧的排水工作。

边沟宜宽浅，不宜深挖，必须采取防渗保温措施。在斜坡地段设置远距离(10米以外)截水沟，回填深沟，避免坡脚积水下渗。对两侧排水无出路的地段不宜设置涵洞，宜以宽护坡道挤出积水，否则积水于涵洞两侧，有害无益。在斜坡地段的上坡翼侧护坡道外地下水汇集处，宜设置疏水设施将地下水疏导向另一侧，以免汇入路基。疏水设施可以采用保温渗沟或盲沟，并做好出水口防塞防冻工作。

2 结束语

总之，在冻土路基的设计中，首先要对冻土路基作出正确的工程地质评价，然后根据不同的特点选择因地制宜的处理方式，最大限度的保持路基的稳定性。

参考文献：

[1]周幼吾，郭东信，程国栋等.中国冻土.北京:科学出版社，2000.

[2]公路路基手册.路基.人民交通出版社.

[3]刘菲.黑北公路沿线冻土特征及对路基稳定性的影响.东北师范大学硕士论文，2007.

[4]公路路基设计规范，JTG D30-2004，人民交通出版社，2004.