我国多年冻土公路路基设计与施工

张锦生 

东北林业大学       哈尔滨 150040

摘要：针对漠河至洛古河公路设计、施工的实践，探讨大兴安岭地区多年冻土公路路基设计和施工的一般规律和工程中采取的措施，以减少多年冻土给公路建设带来的损害。

关键词：路基、多年冻土、措施、设计、施工

1.0概述

大兴安岭地区多年冻土地区位于我国东北部，纬度偏北，冬季寒冷，雨量较多，每年10月上旬开始冻结，次年5月开始融化，一年中有7—8个月是寒季，大兴安岭属中、低山丘陵，主要为白垩纪的第三纪地层，谷坡均不对称，一般阴坡缓而阳坡陡，山地丘陵地表层中的粗亚砂土，轻亚粘土厚仅几十厘米以下为坡积碎砾石，基岩多为玄武岩、安山岩、大山角砾岩及花岗岩等，地下水较深，地表干燥，地表植物为樟子松、白桦、老头树等，山间谷地和山前平原区表土层一般由上而下为：泥炭轻亚粘土、碎石土，冻土层土上水特别发育，多年冻土上线距地表为1.5~1.7m，地表长期过湿，夏季积水，冬季发生冰丘，冰锥。

漠河至洛古河公路位于北纬470C和平均气温-10C等值线以北的区域，主要是整体的多年冻土，冻土的厚度有数米、数十米至百米，该区域多为70米左右的冻土层，大兴安岭的多年冻土目前处于退化状态，但是多为岛状和不衔接的多年冻土。

2.0公路勘察的重点

2.1多年冻土地区应调查多年冻土的上限深度，冻土层的膨胀，融沉情况及相关的调查工作。

调查不良地质现象的类型、形态、形成条件、对工程影响的程度。

调查沿线筑路材料、保温材料、工程用水和生活用水，确定地基土最大季节冻结深度，最大季节融化深度，冻土类型，查明地下水、地表水类型及活动规律与不良地质现象的关系，了解和确定取土场，弃土位置，注意取土、弃土可能形成新的不良地质问题及其对工程的影响。

调查原有工程的运行情况和当地工程建设防治冻害的经验。

2.2多年冻土地区地质测绘

地层结构、土质成分、斜坡堆积物及特征，结合地形、地貌，地表保温状态确定，多年冻土的上限采用值，漠河至洛古河公路的多年冻土上限的采用值为1.5~1.7m。

研究区域气温和地温的分布特征，特别是平面上年平均地温的分布特征，各种不良冻土现象，冻土沼泽的形态特征，形成条件，分布范围，季节融化土的成分，含水率以及最大融化深度，分析研究气候条件的变化趋势，预测冻土变化对工程的影响。

2.3以钻探为主，辅以挖探和物探。

钻探要完成地层变化处分层取样，确定岩土名称，做天然含水量，天然密度，液塑限和颗粒分析试验。

多年冻土上限以下，如含水量变化不大再来取一次，如果含水量变化较大，则按含水量变化情况分层取样。

3.0多年冻土地区不良地质现象

在漠河至洛古河公路设计过程中，发现沿线有多处不良的地质现象。

3.1冰害

在K38+500~K39+100路段，在旧路堤上方露出地表的泉水，随流随冻，形成积冰掩埋路基表面和边沟积冰，这是发生多年冻土地区特有和常见的路基病害，对于路基工程来讲，尤其发生在浅层地下水冰发育的低填浅挖及零星断面地段的冰害危害程度较大。

3.2冻胀

在K26+500小桥土中所含的水分在负温下结晶，生成各种形状的冰侵入台身，导致桥台砼破碎，桥台在受到冻胀力的作用使台身砼破坏。

这是由台身周围的水冻结时体积膨胀产生不均匀的冻胀造成的。

路基的冻胀病害是与气温、土质及水源条件密度相关的，主要发生在多年冻土地区，在公路工程上主要发生在浅挖的土质路堑和修筑在沼泽积水地段的较低的路堤上。

3.3融沉

融沉是多年冻土地区路基主要病害之一，一般主要发生在含水量大的粘性土地段，当路基基底的多年冻土上部分布较厚的地下冰层时，由于冰层埋芷较浅，当施工及运营过程中人为因素的影响下产生沉陷造成路基的严重变形，这种变形主要表现为路基下沉，路堤向阳侧路肩及边坡开裂下滑。

4.0按保护多年冻土的设计原则就是要采取有限的综合措施

保护多年冻土的设计原则就是要采取有限的综合措施，使路堤保护其最小临界高度。

4.1铺设基底隔温层

填筑路堤后基底植被及泥炭受到压缩空隙变小，对保护冻土不利，因此，基底铺设隔温层，可以补偿路堤基底，由于地表破坏而导致热传性能的增加，同时可以减少填土蓄热对基底的散热影响，起到多年冻土的保温作用。大兴安岭地区生长的塔头和泥炭层，是良好的保温材料，作为隔热材料可以就地取材，还可以降低工程造价，方便施工，铺0.3m厚即可。

4.2设置保温护坡道

设置保温护坡道，用以减少因热传导的作用而引起对多年冻土的影响，同时可以防止人为活动对路堤坡脚边缘地表的破坏，以粘性土填筑的保温护坡通可以阻挡和减少坡脚处地表水渗入路堤底部，护坡通的材料可以采用泥炭草皮？细粘土，在防水的地段使用更好，漠河公路在K38+500~K39+100段采用了保温护坡通，以防止人为活动对路堤坡脚边缘地表的破坏。

4.3路基填料

大兴安岭多年冻土地区。缓山坡及洪积阶地，一般均为碎石夹土和亚粘土夹土，河流中洪节地的地表亚粘土层下多为砂砾的卵石土。这些都是良好的路基填筑材料，首先做好地表排水，然后用粗粒土填料，对排水相对困难的路段，可以考虑采用粘性土填筑路基底部，以防止地表水渗入基底引起路基融沉或引起毛细水作用而产生冻胀病害，漠河至洛古河工程在K38+500~K39+100段采用粘性土做路基底部的封层，厚度20cm压实。

4.4多年冻土地区对于水泥砼路面的冻胀问题

公路冻胀是由多种因素作用结果。土质、水、温度、路面条件及行车荷载。

土质条件：粉质土具有很强的冻胀性质，这种土质的毛细水上升较高而快，在负温作用下，水分易迁移，如果水源充足可以造成严重的冻胀，粉性土和粘性土含有较多腐殖质和易溶盐时，更容易形成冻胀，粗粒土一般情况下，不易引起冻胀现象，因其毛细水上升高度小，聚冰少，且在饱水的情况下，也能保持一定的强度。

水的因素：冻胀的过程是由于水在路基中迁移x相变的过程，路基地表积水和较浅的地下水，能提供充足的水源是形成冻胀的重要条件，路基土的含水量增加，地下水位升高。

温度因素：冬季来时温度下降较快，水分来不及向上迁移，土基上部聚冰少，冻胀不会轻易出现，反之，初冻时气温停00C ~-50C留在时间较长，冻结线长时间停留在土基上部，就会有大量水分聚流到距路面很远的地方，形成严重的冻胀。

冻胀地区的公路路基设计，要贯彻以预防为主，采取防治结合的原则，路线尽量设置干燥地段，当线路通过不良地段时，要采取预防措施，在一般情况下，首先处理好地面水和地下水，做好排水措施，同时考虑路基填土高度。

5.0多年冻土区的路基施工

多年冻土地区的路基设计应查明沿线多年冻土的分布类型，冻土层上限及水文地质等情况，在冻土沼泽，热融湖地段，应以路堤通过。漠河至洛古河公路设计，全线KM均以公路路堤的形成进行设计，而且路堤高度均满足保温厚度的要求，设计时，采用碎石土作填料，保温护坡道采用泥炭、草皮、塔头草和细粒土。路堤的设计高度不仅满足防冻胀的要求，而且保证冻土上限不下降。在浅填路段采用卵砾石作为材料，在基顶以下80cm进行换填。

位于冰锥、冻胀下方的路堤，在其上设排水沟并设涵洞，将地下水引到路堤的下方。

应根据地下水类型、水量、积水和底层情况，采用排水沟、积水坑、挡冰堤、挡冰墙，或渗沟等措施，排除对路基有害的地下水。

采用渗沟排除地下水时，渗沟及检查井均应采取保温措施，出水口的位置应选择在地势开阔、高差较多、纵坡较陡、向阳避风处，并采用掩埋式椎体或其他形式的保温措施。

取土坑应符合多年冻土对环境适当远离路线，分段集中取土，取土坑的设置应考虑减少取土后取土坑对周围地层的热平衡影响，避免造成天然上限下降，引起热融沉陷与滑坍等新的不良地质病害，影响路基稳定。

取土坑应选择在路堤上侧植被稀疏的少冰、多冰冻土山坡或融区、河滩谷地、饱水、富冰，冻土及含土冰层地段不得取土。

张锦生 1956.7  高级工程师   主要从事道桥方向设计、研究工作。

参考文献：

1 中华人民共和国交通部 公路路基设计规范 北京 人民交通出版社 1996

2 邓学钧 路基路面工程北京 人民交通出版社 1999

3 中华人民共和国交通部 公路工程技术标准  北京 人民交通出版社2004