关键词：岛状冻土区；公路路基；设计方案研究；
冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为季节性冻土和多年冻土。冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险，冻胀和融沉，而这都将对公路的建设及运营具有深渊的影响。
在我国黑龙江省和内蒙古自治区交界处的大兴安岭西坡丘陵岛状冻土区的冻土完全不同于我国高原冻土区的冻土，由于其所处大兴安岭林区，山体及地表植被茂密，地表水系、河网发育，河谷较开阔，丰水期湿地、水塘众生，地貌类型根据其成因和地貌特征可划分为河谷平原区和中、低山丘陵区，所以根据以上自然条件就形成了本区域冻土特有的特性；本区域冻土属于典型的大兴安岭西坡丘陵岛状冻土，主要分布在低洼沟谷的沼泽湿地和河谷阶地背阴地带，其受到工程干扰及气温升高的影响，造成冻土融化与封冻交替产生，故冻土路基如果处理不当就会引发路基融沉、路面沉陷、裂缝翻浆等灾害，严重影响公路的稳定性。
1季节性冻土设计方案
本区域内的季节性冻土基本在地表3.5m以内，春夏季产生融沉，冬季会发生冻胀。因每个区域地质情况不一样，冻胀程度有强弱之分，根据我们相关试验报告显示，季节性冻土在冻前天然含水率一般在18.2～88.0%之间，塑限在15.0～68.0%之间，冰冻前地下水位至地表距离小于1.5～1.8m，平均冻胀率在6～12%之间。此规模的冻土危害均在可控范围内，采取一定的工程措施可以减轻或避免，具体详细设计方案如下：
1.1当季节性冻土厚度小于等于3.0m时，建议采取清淤换填处理措施；对于地下水位较高、地表有积水的路段可采用换填块片石和砂砾处理。
1.2 当季节性冻土厚度大于等于3.0m时，建议清除表层的草皮、腐殖土及灌木根系，然后在其上抛填块片石，采用顶面强夯处理措施。
2多年冻土设计方案
大兴安岭西坡丘陵岛状冻土区属于寒温带和中温带大陆性季风气候，大兴安岭山脊与山麓气候变化很明显，年温差较大，日温差也较大，其特点是冷暖变化剧烈，夏季较短暂，春秋季降温迅速，常有霜冻，冬季漫长、严寒。全年无霜期为80～130天。此区域极端最高气温可达40.2℃，极端最低气温可达-40.3℃，降水主要集中在6～8月，占年降水量71%。本区域多有沼泽、湿地及草甸和塔头分布，内含大量淤泥质土，其含水量大，压缩性高，承载力低。这些自然条件造成了大兴安岭西坡丘陵岛状冻土区复杂多变的特性；对于浅层的季节性冻土可以采取一次性根治的处理措施，但对于深层的多年冻土建议采取恒温保护的处理原则，具体详细设计方案如下：
2.1多年冻土常规路基设计方案
本区域的岛状冻土在经过之前很多年的建设实施验证，已经拥有较为成熟的设计处理方案，具体方案如下：
（1）当冻土埋深≤3 m时，地下水位较高、地表有积水段挖除冻土并超挖50cm后填筑毛石、冲击碾压后填筑砂砾至地表，可加设保温护道；无积水时取消抛填毛石部分；
（2）当冻土埋深＞5 m，路基高度H≥2.6 m时，采用片石气冷路基；反扣20cm塔头草皮后分层填筑80cm厚片石路基；
（3）当冻土埋深＞5 m，1.6 m≤路基高度H＜2.6 m时，基底换填毛石厚度1.5 m，两侧可加设保温护道；
（4）当冻土埋深＞5 m，路基高度H≤1.6 m时，基底换填至季冻深度以下其中毛石厚度1.2 m、砂砾厚1.8 m。两侧可加设保温护道；
（5）当冻土埋深＞5 m的挖方时，路槽以下换填2.16 m，其中毛石厚1.2 m、砂砾厚0.96 m。
2.2多年冻土复合路基设计方案
虽然常规路基设计方案基本解决了多年冻土对公路的稳定性和行车安全性的危害，但通过对现有道路的调查分析，还是存在不少的融沉、沉陷、翻浆等病害，我们应该根据岛状冻土区内的多年冻土所处不同的地理和地质环境，探明其分布状况及冻土特征，并结合新技术和新材料等方式，采取更有针对性、更加有效的复合路基处理方案，具体方案如下。
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2.2.1 多年冻土处理措施原理介绍
（1）热棒的工作原理：当路基温度上升时，液态氨受热汽化 ，上升到热棒的上端，通过散热片将热量传导给空气，气态氨由此冷却液化变成了液态氨，又沉入了棒底端。热棒通过蒸发-冷凝循环，降低路基下多年冻土温度，保护多年冻土的上限。
（2）XPS保温板工作原理：XPS保温板为聚苯乙烯泡沫塑料，它是一种吸水率低，隔热性好的保温材料，它的隔热层具有高热阻性能，可以有效的减少传入路基下多年冻土的热量多年冻土温度，起到保护多年冻土的上限。
（3）反压保温护道工作原理：在路基两侧设置反压保温护道，可以有效起到隔水、保温的作用，特别适用于路段位于山前缓坡与旧路之间，右侧有积水，开挖后含水量较大，左侧比较干燥的路段。
（4）通风路基工作原理：以片块石作为路基填料，利用空气的对流、传导方式，减少及边坡的吸热。冬季利用空隙冷空气传导冷能，减缓路基下多年冻土的融化速率，提高路基下多年冻土热稳定性。适用于高寒冰量的冻土路段，且要求地势平坦、高岗通风条件好的多年冻土区路段。
2.2.2多年冻土详细复合路基设计方案
（1）如果多年冻土位于路线方位的阴坡线位基底，可采取：在阳坡侧，分别在土路肩外50cm处和保温护道处设置一排热棒，在阴坡侧，土路肩外50cm处设置一排热棒，基底清除树根和草皮后填筑50cm砂砾冲击碾压+填筑50cm砂砾，保温板设置在地面以上60cm处，保温板上下各铺设10-20cm中粗砂，最后在路基两侧设置保温护道；施工宜在秋季低温时节施工。
（2）如果多年冻土位于低填方路段，可采取：在土路肩外50cm处设置热棒，基底清除树根和草皮后填筑50cm砂砾冲击碾压+填筑50cm砂砾，保温板设置在地面以上60cm处，保温板上下各铺设10-20cm中粗砂，最后在路基两侧设置保温护道；施工宜在秋季低温时节施工。
（3）如果多年冻土位于平坦高岗通风条件好的路段，可采取：在基底清除树根和草坡后填筑50cm砂砾冲击碾压至地面以下后，铺设一层两布一膜后再铺筑50cm砂砾后铺砌厚100cm块(片)石；施工宜在秋季低温时节施工。
（4）如果多年冻土位于上限小、冻土层厚度较薄的路段，可采取：先清除冻土上覆层至多年冻土上限，待冻土融化后继续挖除至剩余冻土能化透的深度，待冻土融化透彻以后填筑50cm片石后， 冲击碾压后填筑砂砾至原地表，铺设两布一膜后填筑30-50cm砂砾垫层，路基两侧再设置保温护道。
（5）如果多年冻土位于上限埋深较大，冻土层较厚的路段，可采取：在基底清除树根和草坡后填筑50cm片石至地面以下后，再铺筑80-100cm片石进行强夯，其上铺设一层两布一膜，最后填筑30-50cm砂砾过度层。施工宜在秋季低温时节施工。
（6）对于填高较高的多年冻土路段，可采用梁桥跨越冻土段，但造价较高。
结语
岛状冻土区的公路建设因其所处自然环境恶劣、复杂多变，更容易受到外界因素的影响，导致一些多年冻土路基设计方案与施工技术难以施展，本文采用先进设计理念，根据往年成功的设计与施工经验，并结合新技术和新材料，针对不同冻土类型及所处环境，分析并提出详细的冻土路基设计方案，用于保障在岛状冻土区环境下公路路基的设计与建设。
参考文献
[1] 《多年冻土地区公路设计及施工技术细则》.中华人民共和国行业推荐性标准，D31-04－2012.
[2] 《公路路基设计规范》.中华人民共和国国家标准，JTG D30-2015.
[3] 《地方标准汇报·青藏高原G214线干线公路升级改造科技示范工程科技交流会》.青海省交通运输厅， 中国·青海·西宁2016-05.
论文作者:房君
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：冻土论文; 路基论文; 砂砾论文; 多年论文; 大兴安岭论文; 设计方案论文; 路段论文; 《建筑实践》2019年第38卷第18期论文;