我国多年冻土地区路基设计措施

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伊春市常年冻土地基对建筑物所造成的危害和应采取的防治措施

伊春市常年冻土地基对建筑物所造成的危害和应采取的防治措施摘要：本文根据伊春市常年冻土的分布，结构特点及其有关的物理力学性质，总结和分析了伊春市常年冻土对建筑所造成的危害，经多年实践提出了行之有效地防治措施，并列出了有关工程处理实例。

关键词：冻土；危害；防治措施一、序言黑龙江省伊春市地处我国北部边陲，冬季严寒漫长，夏季温热多雨，年平均温度在-1℃～1℃之间，最低温度达-47℃。

由于这一地理位置和气候特点，市行政区北至嘉荫南到铁力都分布着一定数量的常年冻土，而在林区不断开发建设的今天，有许多建筑都座落在常年冻土之上。

目前由于人类活动和自然环境的改变，常年冻土也在不断退化，这让座落在常年冻土上的建筑必然要受到影响，加之有些建设单位事先没有进行工程地质勘查，而对地基土的性质判断不准和处理不当，从而给工程建筑本身造成极大的损害，对社会造成巨大的经济损失。

为使这一问题得到合理解决，根据我市常年冻土分布和结构特点，结合具体工程实例分析，总结提出对我市常年冻土给建筑造成的危害提出防治措施。

二、我市常年冻土的分布特点从地貌上看，我市常年冻土主要分布于洪积扇，坡积裙，山前平原和山间凹地，即为山麓斜坡堆积地貌，而对于河流侵蚀堆积地貌如河漫滩，阶地，河间地段等不具有常年冻土；从地层成因上看，一般是和坡积、洪积、淤积地层密切相关，特别是在它们对的上层含常年冻土较多，对纯冲积地层一般不含常年冻土；从植被上看一般在山背坡和低洼处生长灌木丛、塔头地和生长都柿的地方一般都具有常年冻土，对于山的向阳坡或植被为蒿杆地不具有常年冻土。

三，我市常年冻土的机构特点我市常年冻土多为断续和岛状分布的常年冻土，从地层机构上看，一般是0-0.4m为腐殖土，0.4-2.5m为粘土或泥灰，（这层起着隔水和保温作用，有常年冻土的地方几乎都有这一保温层）2.5-7.5m左右为常年冻土，冻土本身机构为粘土、砂、砾砂、园砾、卵石（有上层现象）碎石和砂类冻土含有一定粉质和粘砾，7.5M以下一般为均为基岩。

关于冻土地区公路路基设计措施探讨及总结

民营科技2018年第1期工程技术关于冻土地区公路路基设计措施探讨及总结杨元亭（呼伦贝尔市公路勘测规划设计有限公司，内蒙古呼伦贝尔021008）呼伦贝尔是我国最高纬度地区之一，寒温带和中温带大陆气候特点显著，全年气温冬冷夏暖，温差较大。

导致本地区具备不同于其他地区多年冻土的病害现场病害显著及分布特点，表现在分布较为集中，冻土厚度较浅等特殊性，呼伦贝尔地区由于冻土在土质、温度、水、荷载及季节交替环境共同作用下，冻土路基下的多年冻土发生融化，使路基产生不均匀沉降，导致所修筑的路基、路面冻胀、融沉、翻浆等病害。

同时，路基的变形破坏又引起了路面的病害；最终造成路基整体稳定性和强度破坏，严重影响驾驶安全性和舒适性，造成严重经济损失。

1呼伦贝尔冻土地区公路的病害特征及原因分析1.1翻浆。

在冻土地区，由于水分在土壤冻结过程中积聚而不能良好排除土体，当土质属于渗透性较高的粘性土或者情况不佳，春融时期由于冻胀时水分不能及时排出土体，土基强度急剧降低，土基软弱，在行车重复荷载作用下，路面表面出现不均匀起伏、弹簧或破裂冒浆等现象。

1.2冻胀。

低液限粉质粘土及粉土、湿陷性不良土质中所含的水分在负温作用下变成固态结晶，生成各种形状的冰侵入体而导致土体积的不断增大。

造成土层表面凹凸不平。

冻胀土与结构物基础之间主要产生冻结力和冻胀力。

冻胀现象不仅引起道路破坏，还可引起桥梁、涵洞基础的冻害。

1.3融沉。

在多年冻土地区，由于呼伦贝尔地区地下冰层埋藏较浅，在施工及运营过程中各种因素造成多年冻土上层局部融化，土粒及其集合体在融化时由于水化作用而膨胀。

常造成路基边坡斜坡和各种基础的不稳定。

1.4裂缝。

由于路基土在冻胀压力作用下发生冻胀或者融沉现象，造成路面结构层发生上升或者下降，从而是路面结构层发生横向和竖向裂缝，拉裂造成整个路面失去整体稳定性。

1.5冰害。

呼伦贝尔地区主要表现在地下水在冬季受地下水冻胀作用，冻胀产生的冰洁作用阻止在薄弱地面而发生凹凸隆起的土丘，同时还会发生冰丘、冰锥等冰害。

多年冻土区路基的结构设计分析

研究结论：认为按地质和地温条件处理冻土，保持多年冻土上限不下降后，路基结构按“ 封闭系统” 冻结
条件进行设计，表层冻融层内用不冻胀的粗粒料填筑，其它部分按常规路基设计，即可满足多年冻土区路基结
构功能的要求。关键词：多年冻土；季节融化层；上限；冻胀；融沉
（ａｌａｎｉｅｒｇＲｓａｃｎｔｕｅｈｎｃｄｍｙｏａｗｙＳｉｃｓＢｉｎ００１ＣｉａＲｉｙＥｇｅｎｅｅｒｈＩｓｔｔ，ＣｉａＡａｅｆｉａｃｎｅ，ｅｉｇ１０８，ｈｎ）ｗｎｉｉＲｌｅｊ
ＡｂｔａｔＲｅｅｒｈｐｒｏｅ：Ｔｅａｔ —ｆｏｔｅｖｎａｕｅｏｅｓｒｃｆｓｂｒｄｎｐｒｆｏｔｅｉｎａｄｔｅｓｒｃ：ｓａｃｕｐｓｓｈｎｉｒｓｈａｉｇｍｅｓｒｓｆｒｔｕｆｅｏｕｇａｅｉｅｍａｒｓｒｇｏｎｈａｈ
ａｔ —ｈａｈｗｉｇｍｅｓｒｓｆｒｈｕｇａｅｏｏｒａｄｒｈｉｅｆｏｅｏｌａｅｐｔｏｗａｄｂｓｄｏｈｎｌｓｓｏｅｎｉｅｔａｎａｕｅｅｓｂｒｄｆｏｎｃｃｒｚｎｓｉｒｕｒｒａｅｎｔｅａａｙｉｆｈｔｏｔｐｉｆｔｃａａｔｒｓｃｆｕｆｃｒｓｈａｉｇａｄｂｔｍｈｗｎｆｓｂｒｄｎｐｒｆｓｒｇｏ．ｈｒｃｅｉｔｓｏｒａｅｆｔｅｖｎｎｏｔｔａｉｇｏｕｇａｅｉｅｍａｒｔｅｉｎｉｓｏｏｏ

关于多年冻土地区公路路基的设计

维普资讯
第１卷第２期６
２００８年４月
呼伦贝尔学院学报
ＪｒａｏｏｕｎｌｆＨｕｌｎｂｉｒｕｅｅＣｏｇｌｅｅｌ
Ｎｏ．２
Ｖｏ１１．６
ＰｕｂｉｈｄｉＡｐｉ．０８ｌｓｅｎｒｌ２０
（）融ｌ四沉
大杨树段公路的修建中，试验了多种处理病害的方法，进
一
步完善了高纬度冻土地区路基病害的防治技术，对今后
多年冻土地区路基的设计和施工具有重要指导意义。
二、冻土地区公路的病害特征
多年冻土区路基上部为季节融化层，基底为多年冻土
良的工程地质和水文地质现象。
（）翻浆一
收稿日期：２０．６２０７０．３作者简介：刘茂海（１７一）男，汉族，呼伦贝尔市公路勘测规划设计有限公司，工程师。９３
．．
７．９．
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者为河冰椎。它们漫延结冰就成为涎流冰．形成积冰掩埋路基面的现象。它们—般发生于初冬，成熟于深冬，消失于春末。冰害容易使路面产生纵向裂缝、横向裂缝、网裂等。
土，而西部高山、高原多年冻土区则属于高海拔多年冻土。
路面发生弹簧、裂纹、鼓包、车辙、唧泥等现象，称为翻浆。
（）冻胀二
高寒不良土质中所含的水分在负温下结晶，生成各种形状的冰侵入而导致土体积的增大，使路基隆起而造成面
层开裂。其主要表现是土层表面不均匀的升高。冻胀土与结构物基础之间主要产生冻结力和冻胀力（分为切向冻胀力、法向冻胀力、冻胀反力）。（）寒冻裂缝三

冻土地区铁路路基设计

冻土地区铁路路基设计手册（新修订）第一节季节性冻土一、季节性冻土的定义表层冬季冻结，夏季全部融化的土（岩）称为季节性冻土。

二、季节性冻土的分类（级）季节性冻土应根据土的类别、冻前天然含水率，冻结期间地下水位距冻结面的最小距离和平均冻胀率分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五类，详见表18—1。

表18—1 季节性冻土的冻胀分级土的类别冻前天然含水率ω（％）冻结期间地下水位距冻结面的最小距离h w（m）平均冻胀率η（％）冻胀等级及类别粉黏粒质量不大于15％的粗颗粒土（包括碎石类土、砾、粗、中砂，以下同），粉黏粒质量不大于10％的细砂不考虑不考虑η≤1Ⅰ级不冻胀粉黏粒质量大于15％的粗颗粒土，粉黏粒质量大于10％的细砂ω≤12 ＞1.0 粉砂12＜ω≤14 ＞1.0 粉土ω≤19 ＞1.5 黏性土ω≤ωp+2 ＞2.0 粉黏粒质量大于15％的粗颗粒土，粉黏粒质量大于10％的细砂ω≤12 ≤1.01＜η≤3.5Ⅱ级弱冻胀12＜ω≤19＞1.0粉砂ω≤14 ≤1.0 14＜ω≤19＞1.0粉土ω≤19 ≤1.5 19＜ω≤22＞1.5黏性土ω≤ωp+2 ≤2.0ωp+2＜ω≤ωp +5 ＞2.0 粉黏粒质量大于15％的粗颗粒土，粉黏粒质量大于10％的细纱12＜ω≤18 ≤1.03.5＜η≤6 Ⅲ级冻胀ω＞18 ＞0.5粉砂14＜ω≤19 ≤1.0 19＜ω≤23 ＞1.0粉土19＜ω≤22 ≤1.5 22＜ω≤26 ＞1.5黏性土ωP+2＜ω≤ωP+5 ≤2.0 ωP+5＜ω≤ωP+9 ＞2.0粉黏粒质量大于15％的粗颗粒土，粉黏粒质量大于10％的细纱ω＞18 ≤0.56＜η≤12Ⅳ级强冻胀粉砂19＜ω≤23 ≤1.0 粉土22＜ω≤26 ≤1.526＜ω≤30 ＞1.5黏性土ωP+5＜ω≤ωP+9 ≤2.0 ωP+9＜ω≤ωP+15 ＞2.0粉砂ω＞23 不考虑η＞12Ⅴ级特强冻胀粉土26＜ω≤30 ≤1.5 ω＞30 不考虑黏性土ωP+9＜ω≤ωP+15 ≤2.0 ω≥ωp+15不考虑注： 1平均冻胀率为地表冻胀量与设计冻深之比；2盐渍化冻土不在表列；3塑性指数大于22，冻胀性降低一级；4碎石类土当充填物大于全部质量的40％时，其冻胀性按填充物土的类别判定；5ωP——塑限含水率。

冻土片石通风路基施工方案

水草地冲击碾压试验段施工方案一、工程概况K546+910—K547+410段路基为水草地路基，原设计文件要求清除草皮砂砾换填处理。

经我部现场开挖探坑调查，地表以下15-30cm 存在大量地下水。

该路段为沼泽沉积相的软粘土、淤泥及淤泥质土，长期处于饱水状态。

承载力低，局部呈现流塑状。

经对原状土取样试验，该段土质均为低液限含沙粉土，液限为17.04%。

我部根据现场地质情况，决定在该段做直接铺筑砂砾路基冲击碾压试验段。

二、路基施工施工方案软土、沼泽、水草地路段，为保证地下水顺利排出，减少地下水冻胀对路基的影响。

为确保路基稳定，该路段采用如下方法进行处理：①沼泽、水草地路段不扰动原地面，采用填石路基处理，根据淤泥实际厚度不同，保证填石厚度0.8-1.5米。

②在填石层上铺筑透水性良好的砂砾材料，铺筑2米反压护坡道。

③在上路床以下铺设防水土工布。

④为对路基进行增强补压、减少路基后期出现沉降，在铺设防水土工布前，对已填筑路基进行冲击。

3 冲击碾压施工方案冲击碾压工作段总长度250米，共布设11个检测断面。

沉降量测点位置布设在中桩处；护桩在离路基边缘3m左右。

为保证冲击效果，根据工程实际情况，选用冲击能量大于25kJ的三边形双轮冲击压路机，动力部分采用400马力的履带式牵引车。

冲击碾压设备行驶速度控制在10—12km/h之间，冲击轮在纵向以每前行一圈压实1/6轮迹的方式运行。

因此，在对路基进行冲击碾压时，同一碾压带纵向需要冲击6次。

横向错轮碾压根据冲击轮宽度确定轮迹重叠宽度，冲击轮宽度为0.9米，轮距为1.2米，每次重叠0.2米，错轮两次将轮间完全覆盖。

通过纵、横向的错轮碾压，以保证路基所受冲击压实均匀，使路基强度提高幅度一致，避免出现漏冲或过冲等情况。

4 冲击碾压施工控制①根据需要冲击碾压施工前，先对试验段进行冲击，路段范围内，纵向每隔25米取一断面，横向布置左、中、右3个沉降板观测点，冲击前测量记录路基高程。

青藏铁路冻土保护措施

青藏铁路冻土保护措施青藏铁路（2006年7月1日全线通车）多年冻土区长度为632公里，大片连续冻土区长度为550公里。

为了避免冻土层收缩影响路基，故用热棒将热量导出。

在高原，土地里的水结成冰，冰与土混为一体，当温度高于0度时，冰化为水，冻土变成翻浆泥。

建造在该地基上的铁路将发生塌陷，当温度过低时，水化成冰，土地膨胀，建造在该地基上的铁路就会被拱起变形。

青藏高原与俄罗斯的西伯利亚、美国的阿拉斯加、中国的大兴安岭等地一样，广泛分布着冻土环境。

冻土面目狰狞，变化万端。

有些冰隐藏在土地的裂缝里，有些土坡，竟然有2/3体积由冰块组成。

冻土在零下2度以下时，是相对稳定的。

零下2度以上的冻土，就不再稳定。

青藏铁路设计原则“主动降温、冷却路基、保护冻土”减少传入地基土的热量、保证多年冻土的热稳定性，从而保证修筑在上面的工程质量的稳定性。

全线建成了68.34公里的161座代路桥、137.68公里片石路基、36.19公里热棒路基和159.81公里碎石护坡，即主动降温。

解决青藏铁路的冻土问题，采取了以防为主的综合技术，包括抬高路堤高度、热棒、片石通风路基、铺设保温板、以桥代路、通风管路基、碎石和片石护坡、保温板、综合防排水体系等。

青藏铁路路基保温材料施工青藏公路路况国道109+2917公里：不冻泉物质基地，再往前2公里，就开始频频出现马路修补的痕迹。

路基被垒高，有的达三五米，为的是给冻土保温。

通俗的说法是，卖冰棍的老太太给冰棍包上一层厚厚的棉袄。

+2940公里，出现了数百根散热棒，并行插在道路的两旁+2949公里，可可西里桥梁处，公路的散热棒更多。

+3011公里，五道梁附近公路，路旁有一实验路基，有的地方用散热棒，有的地方用通风管道。

实验路基的周围，随处可见坑坑洼洼的水沼。

+3014公里，有公路断裂的痕迹，道路面目全非，几乎看不见一块完整的水泥。

青藏公路每一年都会有路段因为冻土而翻修。

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我国多年冻土地区路基设计措施
一多年冻土地区路基主要病害特征
通过对多年冻土地区的公路路基病害进行实地调查、勘测、资料收集。

研究发现，多年冻土地区的公路路基病害出现最大的沉降变形，这是由于多年冻土的融化使路基产生不均匀下沉引起的。

另外，主要的路基病害还有横向倾斜变形、纵向裂缝与路基开裂、纵向凹陷与波浪沉陷等，在高含冰量冻土路段尤为严重。

多年冻土地区路基路基变形的产生原因与当地地质构造及地温高低、含冰条件等方面是息息相关的。

通过对多年冻土地区公路路基病害进行深入调查研究发现，多年冻土地区的路基病害与路基的高度设计存在很大的关系。

在上世纪八十年代，公路改造时，路基的平均高度比较低，还不到1米，路基病害主要以不均匀变形为主。

然而，在九十年代进行重新治理时，将路基的平均高度提高到两米以上，使得沉降变形病害大大减少。

但是由此引发了表现为纵向裂缝形式的高路基病害。

在近年进行现场调查时发现公路的路基病害形式主要以高路基病害为主，主要表现为纵向裂缝与路肩开裂等特征。

二多年冻土地区公路路基设计原则
由于多年冻土地区地质构造、气候环境较差，给公路的路基设计带来很大的难度。

在对多年冻土地区的公路路基進行合理设计时，首先要明确多年冻土区公路路基的设计原则，只有在此基础上，才能提出合理的多年冻土区的公路路基设计方法。

对于多年冻土地区路基设计的原则.可主要概括为保护冻土和允许融化两种，在确定设计原则时，要根据路基下多年冻土的水热条件、生存状态和地质特征进行设计。

多年冻土地区路基设计具体可分为以下几种：（1）保护冻土的原则，就是控制多年冻土上限不下降或略有上升（2）控制冻土融化速率的原则，就是保持多年冻土融化引起的路基沉陷不影响路面使用寿命和公路的服务质量：（3）预融的原则，即让多年冻土预先融化，一直达到某一允许深度，然后根据一般路基设计原则进行设计；（4）分季节处理冻土区的原则。

在公路沿线，其多年冻土区的分布地温较高，其中地温高于-1.5℃的面积超过总公路长度的一半，并且有很多地区的路基地温温度甚至超过-1℃，对于这些
地区，由于持续的高温使得冻土正在逐渐融化，冻土特征较差。

由于冻土的退化容易使地表不稳定，造成公路路基下沉变形以及其他病害的形成。

因此，在进行多年冻土区公路路基设计时.必须注意根据冻土地温的不同而选择相应的路基设计原则，从而可有效建设路基病害的产生，大大提高公路的使用寿命和服务质量。

对于公路的路基设计，上世纪七十年代末到九十年代初，主要遵循保护冻土的原则。

在九十年代中期.研究人员根据公路冻土地温变化，提出了在低温冻土区的路基采用"保护冻土"的设计原则而高温冻土区的路基采用"控制冻土融化速率"的路基设计原则。

三多年冻土地区公路路基设计方法分析
1 多年冻土地区路基合理高度设计
针对多年冻土地区公路路基合理高度的设计，通过全面调查研究1999年以来青藏公路的路基临界高度数据变化，研究表明，路基的临界高度与时间具有密切的联系。

多年冻土区路基临界高度与时间的关系为：H=0.0542（t一1999）一1.1045h+4.7876（公式1）其中t为路基的设计年份，h为计算当年冻土的天然上限h=O.0232（t-1999）+2.01。

根据公式1能够得出.若冻土的上限不变，则每年路基临界高度需要增加五厘米多，但这对于公路建设是不现实的。

所以，在进行路基设计时，需要确定路基的合理高度，当路基高度超过这一值后，路基下冻土的最大相对融深则不会大于路基设计年限内的最大天然上限，否则会出现热融破坏。

路基合理高度可表示为：H0=O.0542T-1.1045h0+4.7876（公式2）其中h0=0.0232（t一1999）+2.01，HO为路基的合理高度（米），T为道路的设计年限，hO为路基设计所在年份的天然上限（米）t为设计路基时的年份。

2 多年冻土地区路基横断面设计
2.1边坡设计
在多年冻土地区公路设计时，路堤或路堑的边坡坡度需要根据路基高度、水文、地质、土的物理力学性质力学分析等因素综合考虑。

在一般的道路设计中，边坡坡度一般取1：1.5至1：1.75之间，但在富含冰冻土的多年冻土区修建路堤时，如果细粒土层中天然含水量较高，则往往将边坡坡度减小到1：1.5至1：2之间。

2.2防水护道设置
在公路的建设初期，主要采用直接回拢路基两侧表土的方式修筑路堤.并未进行防水护道的设置，该方法造成路基两侧植被破坏严重，坡脚周围积水严重.导致路基产生融沉、翻浆、纵向裂缝等病害。

但后来加铺保温护道之后.大大改善了这一情况，有效保护了两侧植被环境而且避免了路基病害的形成对路基与周围环境的保护起到了很好的功效。

通过研究发现.当路基坡脚的积水不能利用排水沟有效排出时.需要设置积水坑，或者采用修筑防水护道的方法使得积水能够流到路基坡脚的5～10米之外，有利于保护路基的稳定。

对于地形比较平坦、积水较轻的路段，可以在路基两侧设计护坡道，其宽度一般情况下是2～3米.在积水时间较长路段宽度可增加到5米以上。

对于护坡道高度的设计参数.一般情况下是0.8～1.5米，至少需要超出最高积水位0.5m，同时要设计向外坡度为4%的横坡，而在特殊路段.需要根据当地的地形与水文地质条件进行护坡道的设计。

三多年冻土地区路基排设计
1边沟设计进
行边沟断面设计时，注意与当地的地形、水文地质、边坡高度及汇水状况等因素相结合，边沟底部纵坡要与路线的纵坡坡度相同.不应低于0.3%。

关于边沟的结构形式，在冻土区冻胀较为严重的地段，可采用干砌边沟或者U型预制拼装边沟的形式.并且在下方需要在厚度为20厘米的细砂砾层之间设置防水层，断面选择宽浅的样式.从而可以有效减少冻土冻胀造成的边沟破坏.而且在一定程度上有利于减少路基病害的产生。

2排水沟设计
关于多年冻土地区路基排水沟的设计，通常采用梯形或者三角形横断面的形式，而且适宜选择宽浅的样式，从而有利于减少冻土对路基的热影响，提高路基的稳定性。

排水沟的底部宽度设计时.不能低于O.6米.而且其深度不能超过O.4米。

对于边沟坡度.应设计为较大的纵坡从而有利于路表水的排出，当土质为泥炭时选择1：0.5-1._1.对于粘性土或含有粘性土的粗粒土时则为1：1.5-1.而且需要在排水沟两侧进行加固，提高排水沟的结构稳定性。

同时，排水沟的设计需要注意与附近桥涵或者天然河流相联系，从而有利于道路排水。

3截水沟设计
當公路沿线的地形一侧高程较大，或者山坡汇水面积较大的情况下.需要在路基的这一侧十米之外设置截水沟对于截水沟的宽度不能小于1米，高度最好
超过0.8米，截水沟的内侧和外侧坡度通常分别设计为1：0.5～1：1和1：1.5～1：2。

在路基两侧地形比较平坦，路线纵、横坡不大的路段.可设置大弧度的连续截水沟.并使截水沟与涵洞和排水沟相连接从而有效阻断路基以外的地表水侵蚀损毁公路路基。

四结语本
本文全面调查研究了多年冻土区的路基主要病害特征。

在此基础上，对多年冻土区的公路路基设计方法进行了研究，确定了路基设计原则。

同时对多年冻土区路基合理高度设计、路基横断面结构设计以及路基排水设计等内容进行了全面系统分析，为多年冻土地区的公路设计提供合理依据。

参考文献：
[1] 李述训，程国栋编著.冻融土中的水热输运问题[M]. 兰州大学出版社，1995
[2] 徐学祖，邓友生著.冻土中水分迁移的实验研究[M]. 科学出版社，1991。