公路冻害防治措施施工方案

第八章防治道路冻害的主要措施（请编写大纲级别及小标题，此章为第八章）

冻土是一种特殊的土体。其成分、组构、热物理及物理力学性质均有着不同于一般土的许多特点。冻土区的活动层中每年都发生着季节融化和冻结，并伴生有各种冻土现象，因此，在冻土地区筑路时产生了一系列特殊的工程地质问题和路基路面病害。在冻土区筑路必须考虑的工程地质问题有融沉、冻胀和不良冻土现象等。

8.1

(1)融沉（融沉为永久性冻土常见问题，对于湖南省内不常见，我省主要是冰灾的瞬时冻土或者季冻，在叙述中不要出现永久冻土等字样）

融沉，也称融化下层（沉），指土中过剩冰融化所产生的水排出以及土体的融化固结引起的局部地面的向下运动，是自然(如气候转暖)或人为因素(如砍伐与焚烧树木、房屋采暖)改变了地面的温度状况，引起季节融化深度加大，使地下冰或多年冻土层发生局部融化所致。在多年冻土上限附近的细粒土和有一定量细粒土充填的粗粒土中往往存在厚层地下冰，由于其埋藏浅，所以很容易受各种人为活动的影响而融化。由厚层地下冰融化而产生的融沉是引起多年冻土区路基变形和破坏的主要原因。

融沉对道路的稳定性构成很大的威胁，成为冰冻地区尤其有永久冻土地区道路破坏的主要形成之一。而且这种影响不但有自然的因素，也有人为的因素，即有意或无意的破坏了永久冻土，影响了道路的稳定。常见的道路破坏现象有：

冷季冻胀，引起的道路变形裂缝；暖季融沉，导致道路出现翻浆、冒泥、路基滑塌和路面沉陷。在道路中，如何最大限度地减少对冻土层的影响和破坏，也是保证路基稳定的重要因素。下面介绍几种处理冻土路基融沉的方法，供参考：

1 .对于冻土层厚度较薄段落，采取挖除冻土层换填透水性材料，同时做好截排水工作；

2.对于冻土层较厚段落，主要从路基填料、基底处理两个方面考虑，拟采用如下措施；

a .路基填料采用粗粒透水性好的材料，如砂砾、碎石渣等，以降低毛细水的影响，避免在路基内出现二次结冰冻胀；

b.在石料比较丰富段落，路基基地清表后填筑50～80cm厚块石，由于块石间存在空隙，从而可以防止路基内的热量传人地基中去，加上空气的流动加强了地基的蒸发作用，使基底的表面处于降温状态，同时相对空隙较大的块石基底又能抵御地基的冻胀变形，使冻胀应力能够得到释放，在冻土层发生融化时，块石的强度又能给予路基强有力的支撑，从而减少路基变形，而且它还是很好的毛细水隔断层，它的存在极大的改变了路基内冻土核的形态，减少了路基边坡发生裂缝的可能。

c.对于冻土区地基土质较好和承载力较高段落，可以考虑买设通风管。通风管直径一般为20～50cm，为电镀的金属螺纹管，水平埋设在路堤坡脚下，通风管的进出口都有垂直于地面的钢管或桩与之连接，一般高出地面50～100cm。

通过通风管埋设于路基体中，增加了路基体与空气的接触面，通过空气在通风管中的流动，使通风管周围路基体的温度和气温趋于一致，减少路基体传人地基的热量，增加路基体传人地基的冷量，保持多年冻土层及路基基底下季节活动层的冻结状态，维持路基体的稳定。

d.对于石料较为缺乏，地表相对较为干燥段落，主要考虑在路基下部接近基底处设置隔温层，减少传人冻土路基中热量，常用的隔温材料主要有草皮、泥炭、粘性土等天然材料，以及硅藻土砖、石棉板、草袋、泡沫混凝土及聚苯乙烯(EPS)等预制材料。由于天然材料的保温性能效果差，且对自然环境产生破坏，同时天然材料置于路基中会形成软弱层，对路基整体的稳定性有影响，结合我公司在国道301二级公路施工时所做的实验，认为采用聚苯乙烯板(EPS)作为保温材料较为有效。

e.路基合理高度的问题：

根据我公司以往在东部大兴安岭地区岛状冻土区公路的所取得的设计经验：

当路堤过低时，区域气候的融化能力有可能使基底天然上限位置下降而影响路堤的稳定：

而在暖季填筑的高路堤，填料带人堤身的热量则有可能完全消耗掉区域气候的过于冻结能力，使路堤在填筑后一段时间内无法形成衔接的冻土核。通过研究我们认为冻土区路基高度不宜低于

2．0m，当路堤高度大于

4．0m时基底的保温层和隔离层厚度应适加大。

f.岛状冻土地区多位于低洼积水地区，为了避免积水造成路基土在冬季冻结产生冻胀，在这些地区应加强截排水设计。

(2)冻胀（冻胀也是常年冻土区常见的问题）

冻胀是冻土区筑路时需要考虑的另一个重要问题。一般情况下，在低温冻土区，活动层厚度一般较小，且存在双向冻结，冻结速度较快，故冻胀相对较轻。

而在高温冻土区，活动层厚度一般较大，冻结速度也较低，如存在粉质土和足够的水分则冻胀严重。

由于路基填筑材料的不均匀，或不同岩性和水文地质条件地段路基过渡处理不当，可能引起不均匀冻胀，使线路在乎纵断面上失去平顺性。用粉质土和黏性土填筑的路基，由于冻结时的水分迁移可能在上部聚冰而引起翻浆。

为了防止冻胀可用粗粒料作为路基填筑材料，但这在实际工程中很难全部做到。这时可以采用黏性土作为路基的填筑材料，但必须作好验算，并辅以相应的防止冻胀措施。

另外在冻土区设计刚性建筑结构物(如挡墙、涵洞)时，要充分考虑水平冻胀力的作用。在不可能绕避时则必须做好排水措施，防止线路附近冰锥和冻胀丘的发生。

冻胀现象的产生要同时具备土质、温度、地下水三个因素的作用。因此，为了防止道路冻胀破坏作用的产生，只要消除这三个因素中的一个，就能达到防治的目的。防治道路冻胀的措施可以归纳为以下几类：

①采用非冻胀材料换填冻胀土的“置换法”；②在路基中设置隔温层，提高冻胀土的温度，减少冻胀量的“隔温法”；③在冻胀土中掺入石灰和水泥，改变其冻胀性质；④降低冻结温度的“稳定处理法”。上述的这些措施中，目前主要采用置换法和隔温法，或者二者配合使用。

a.置换法；在路基上层一定深度内,采用冰冻稳定性好的土类,如砂石材料。这里置换法是采用非冻胀材料换填部分冻胀性土的方法，应用时需要确定的问题主要是冻结深度和置换到何种程度。一般而言，采用置换法应对当地的土质、气温及地下水进行调查，并确定采用防止冻胀措施的路面冻结深度，然后根据得到的冻结深度，确定不引起路面产主冻胀破坏的置换深度。冻结深度是以冻前的路面表面为基准的。路面冻结深度是由影响冻胀的主要因素决定的。除此之外，日照条件、路面颜色、路面结构、路面上的积雪数量等许多因素也起着重要的作用。冻结深度可以根据观测的气温资料由计算来确定，但对高速公路等一些重要的路面结构，最好冻结最严重时期进行实测，以确定最大冻结深度。在积雪寒冷地区，确定路面的置换深度时。就我国的实际情况来说，近几年来，寒冷地区修建了大量的沥青混凝土和水泥混凝土路面，因而其冻结深度和砂石道路有许多不同。

置换法中的置换深度确定应该由防止冻胀引起的路面破坏和春融期土基及底基层承载能力降低来决定，在防止冻胀引起的路面破坏时，最好采用不易引起冻胀的材料换填到理论最大冻结深度。考虑到冰害作用受积雪、除雪程度、日照等条件影响很大，置换率一般根据当地具体情况分析。另外，改变置换深度和置换材料的种类以及路面结构都可以改变道路的冻结情况。

b.使路面具有一定的防冻总厚度。在路面防冻最小厚度范围内,各种材料应满足强度、刚度、耐冻和水稳性要求,常用砂砾、粗砂、中砂等粗粒材料做防冻垫层,较多采用的材料是石灰类稳定土、二灰类混合料或工业废料。

c.设置隔离层。隔离层是以隔断外界补给水源向路基上层移动为目的而设置的,一般设在路基顶面以下