凍土區域的公路路基設計探析

李浩

（青海省交通規劃設計研究院有限公司，西寧 810000）

1 引言

路基是高速公路的重要組成部分，其修筑效果將會對高速公路的運行情況產生直接影響。隨著現代化建設速度的加快，受到冰凍和融化的影響，會導致高速公路出現嚴重的病害，這也是影響路基修筑順利實施的關鍵點。在工程項目當中，應該以增強路基工程的長期穩定性作為基本目標，促進高速公路使用壽命的延長，降低后期維護成本。在實際施工當中，應該明確建設區域的基本情況，了解多年凍土的分布特點，以制定針對性技術應用方案，實現對技術要點的有效控制。

2 凍土的分布及類型

高原凍土其自身的土壤結構比較復雜，并且地基施工難度較大，在實際施工時往往會遇到各種不可控因素。因此需要進一步加強總結，完善凍土地基施工工作流程，結合凍土特點采取針對性的地基施工措施，以減少凍土對公路工程建設的影響。我國凍土分布面積較廣，在東北、西部高山地區比較常見，做好凍土公路地基施工設計，對推動我國基礎設施建設具有重要意義。在設計工作中，需要結合實際，充分考慮凍土的土質、含水量以及沉降量，做好凍土的類別劃分，比如，比較常見的凍土有融沉少冰土、弱融沉少冰土和強融性飽冰土等，針對不同類型的凍土，需要進行針對性設計，從而為凍土施工提供有力的保障【1】。

3 高原凍土地區公路病害特點介紹

3.1 翻漿

高原環境下，土體在凍結時集中了大量水分，在土質條件不良的環境下，到了春暖化凍時水分無法及時排除，進而導致土基軟弱、強度降低，土體的物理性質與力學性質均受到巨大影響。在路面車輛荷載影響下，路面極易出現鼓包、車轍以及冒漿等質量病害，這些均是常見的翻漿情況，這類病害已在許多高原公路中出現。

3.2 寒凍裂痕

寒凍裂痕的出現是因為土體局域不均衡的凍脹促使路基出現橫向扭曲，或是由于冬季溫度急劇改變，造成土體不均衡收縮進而橫向扭曲，造成路基與路面產生局域不均衡與不平整。盡管在春天回溫時該種橫向扭曲將獲得釋放，但多次的凍融循環影響會直接損壞路基穩固性，而且在外部車輛荷載影響下出現震動，引發路基坍塌與滑坡。

3.3 融沉

高原常年凍土區域，因為地底冰層埋藏很淺，在施工與運營階段由于各種因素轉變了路基基礎的自然結構以及物理狀態，導致常年凍土出現局域融化。頂部土層在自重及外部荷載影響下出現沉降，進而引起路基變形。典型的路基融沉包括緩慢沉落型與極具沉落型。前者出現在富含和飽含冰層的常年凍土地方，所以施工與運營對該地區的干擾比較緩慢。后者出現在厚層的地底冰地段，因為外部因素的影響促使厚層冰段融化而導致大范圍融化。融沉的常見特點在于路基沉降，向陽一邊路肩與邊坡出現開裂、下滑與滑塌。融沉問題主要出現在低路基路段【2】。

4 凍土區域的公路路基設計探析

4.1 保溫處理

應明確多年凍土地區的路基填筑高度，采取有效的保溫處理措施。保溫護坡道和護腳的應用在路基處理中也較為常見，填筑路堤接近基底位置存在地下冰層和飽冰凍土且會出現融化時，應該將保溫護坡道和護腳應用于填方坡腳當中。保溫措施的應用，能夠促進路基建設區域熱穩定性的增強。對于路基高度進行提升是其中一種有效的處理方式，也可以將隔熱材料應用于路基當中，促進路堤熱阻的提升，實現對凍土路基熱量傳輸的有效控制。通過多個實踐工程表明，隔熱材料在冷季施工中的應用，能夠有效促進路基溫度梯度的增大，而在暖季則能夠減小溫度梯度。在施工中應該對隔熱材料的性能進行分析，確保其具有良好的質量，以增強高速公路的路基施工效果。為了充分發揮隔熱材料的性能優勢，應該在冬季施工中防止土體溫度過高，防止路基體的熱量循環受到影響。聚苯乙烯泡沫板和聚苯乙烯擠塑板是當前常見的2 種保溫材料，其保溫性能較為優越，在高速公路路基施工中的應用十分廣泛。尤其是在導熱系數和閉孔率方面，聚苯乙烯擠塑板具有較大的優勢，在使用中不會發生霉變而產生有毒物質，增強其化學性質的穩定性。此外，在處理多年凍土地區的路基時，熱管也是一種常用的材料，其作為一種重力無芯熱管，工作介質主要是無水液氨，管殼選擇了抽真空后的20 號無縫鋼管。其上下端分別為蒸發段和冷凝段，中間為絕熱段。凍土中的熱量會被蒸發段中的介質吸收并釋放到空氣當中，減少該路段的路基病害。其作為一種無源裝置具有節能高效的特點，而且在使用中不會產生噪聲，具有較好的傳熱性能，而且傳熱是單向進行的【3】。

4.2 路基開挖

路基施工的首要環節就是開挖，在這之前，施工單位應先派遣相關技術人員進行考察，確保足夠掌握路基的土質以及地下水實際情況，同時要制定好相應的應急措施，減少路基開挖對環境的破壞，這也是順應我國綠色發展的潮流，要將經濟效益和社會效益統一起來。在操控挖掘機進行開挖時，開挖的順序要按照規定來進行，盡可能自上而下地開挖，不可以隨意發揮。如果在開挖過程中，當路塹較長時，應進行分割，路基采用縱向條形開挖法開挖。另一方面，對于路塹較短的，可以使用縱向分層法進行挖掘。在路基開挖的過程中，要因地制宜，根據具體情況不同，選擇不同的開挖方式進行路基開挖。

4.3 路基填筑優化

路基填筑應在路基施工開始前先進行試驗段的施工，以此確定適宜的松鋪系數。施工方法為掛線法，能有效控制路拱、路基寬度及厚度。對第一層路基進行填筑時，應在端部進行卸料與滾填，填料填筑足夠或鋪好支撐物之前不允許車輛通過。另外，第一層路堤應在設計要求的厚度基礎上進行適當加厚，通常在0.5～0.8m 范圍內，能有效防止車輛從此處通過后產生軟彈現象。對于其他各個層位，均采用沿縱向進行填筑的方法施工。

4.4 排水

填筑后的路堤寬度要控制好深度，以使路基兩側排水溝能順利排出較多積水，確保路基下部凍土不融化。施工部門還能結合施工區域現狀選取通風路堤，以及土工格柵路堤施工模式，從試驗中判定。要注重選取零填低填、淺挖路塹，如果地表排水難度較高，積水不能有效排到低洼區域。在正常情況下可以在滲水料中加蓋保溫材料。在施工區域依照地形地貌現狀，在施工中要設定滲溝、側溝、排水溝等，在施工中應用抽水設備排出。排水系統在設定過程中要能適應季節凍土要求，合理整合氣候條件，在冬季要適度加深邊溝，使其深度高于凍土上限。

5 結語

我國在高原凍土區域的路基處理已經取得了相當大的進步，但還需要進一步深入研究，推動交通行業創造更多的社會效益和經濟效益。高原凍土區域的路基工程較為復雜，并且具有較大差異性，一是要充分重視設計階段的工作。在設計前，要詳細全面地對路基情況進行勘察，對線路進行合理選擇，為具體設計工作提供便利。同時，高原凍土地區自然環境一般較為脆弱，所以在設計時要充分保護當地生態，這也是保證路基穩定的主要基礎。設計師應不斷總結成功經驗，改進創新技術，根據實際情況對已有的設計方案進行改進和完善，促進交通事業的可持續發展。