浅谈多年冻土区路基结构设计

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1、浅谈多年冻土区路基结构设计中交第一公路勘察设计研究院有限公司陕丙710068摘要：木文通过考察青海省青藏高原地IX多年冻土的实际情况，根据共和至玉树公路的工程实例对该项目多年冻土路基结构方案设计进行认真研宄，针对不同冻土类型及路基状况而采用相应的路基结构型式，以确保路基质量稳定、结构可靠，并为以后类似状况冻土路基设计提供重要参考依据。关键词：多年冻土；公路路基；设计原则；结构方案一、概述多年冻土在世界上分布很广，约占地球陆地面积的25%。我国的多年冻土多分布在北纬48°以北的黑龙江省北部地区以及两部海拔4300m〜4500m以上的高原区，

2、总面积约为215×104平方公里。井和至玉树公路是青海省规划的“三纵、四横、十连线”高速公路网中的南北二纵线的重要组成部分，全长637公里。其中玛多至清水河段属青藏高原多年冻土区，处于青藏高原多年冻土带边缘。根据2011年的勘察资料，玛多至清水河多年冻土井109公里，其中少冰、多冰多年冻土段约67公里，富冰、饱冰多年冻土段约37公里，含土冰层多年冻土段约5公里。二、冻土地区路基设计原则多年冻上地段路基应釆用“宁填勿挖，保护冻土，控制融化速率及综合治理”的原则，尽量以填方路基为主，采用保护冻土、主动降温和允许冻土融化的设计原则。根据科研

3、成果以及木项目的勘察资料，公路沿线冻土年平均地温基木在-2.5°C以上，属于高温冻土，具有地温高、退化速率较快的特点，是典型的高温不稳定型与极不稳定型多年冻土。控制融化原则主要是使在路面设计使用年限内，路基下伏多年冻土的人为上限下降导致冻土路基产生的融沉变形在设计容许变形范围以内的原则。采取的调控措施可分为被动保护与主动冷却路基两种。三、共玉公路多年冻土路基结构方案类型简介（一）片块石路基片块石路基结构是利用空气的流动来改变路基传热方式的一种通风路基，空气可在片块石层内流动，冬季以通风作用为主的强迫对流效应和较弱的片块石层侧向空气自由对流的复合过

4、程是片块石冷却路基的作用原理。片块石路基主要适用于富冰、饱冰冻土区。为了充分利用片块石自然对流机制，应采用单一粒径的片、块石铺设路基，不应采用不冋粒径的混合结构。片、块石料填作为路基填料吋，片、块石粒径取15〜30cm，最小边长宜大于15cm,iL长细比小于3,片块石强度大于30MPa。（二）XPS板路基所谓XPS板就是挤塑式聚苯乙烯隔热保温板，它是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的原辅料与聚合物，通过加热混合同时注入催化剂，然后挤塑压出成型而制造的硬质泡沫塑料板。它的学名为绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（简称XPS）,XPS具冇完美的闭孔蜂窝结构，这种

5、结构让XPS板冇极低的吸水性、低热导系数、高抗压性和抗老化性。修筑保温XPS板路基是利用XPS板的低导热性特点，通过调控传热热阻达到控制多年冻土融化的目的，其基本原理和抬高路基是一致的。XPS板路基适用于沿线冻土段路基高度不满足要求及零填、浅挖、路堑结构等路段。为满足使用要求XPS板抗压强度不应低于0.6Mpa，导热系数不应大于0.030W/m•°C，容重不小于40〜45kg/m3。施工吋，XPS板埋设在路面结构层下30〜40cm处。（三）热棒-XPS复合式路基热棒是一种气液两相对流循环热导装置，由一根密封的钢管及管内的工作介质组成，钢

6、管上部的散热叶片为冷凝器，下部埋入地基的部分为蒸发器，工作介质一般由液态氨、氟利昂、丙烷等物质构成。它利用热虹吸原理驱动工作介质循环管流动，当冷凝器和蒸发器之间存在温差时，工作介质在蒸发器中吸收热量，转化为气态介质，然后在上端冷凝器冷凝放出汽化热，从而将地基基础的热量传送到地表与空气进行换热。该气液两相对流循环过程是连续的，只冇当蒸发器的温度低于冷凝器的温度吋才停止。热棒-XPS复合式路基主要适用于多年冻土区含土冰层路段。XPS板的技术要求与前面一致，热棒的规格为φ83×5mm，在工作温度为-5X^1，其传热能力不应低于6KW

7、，工作温度-60°C〜-50°C吋，工作压力为0〜2.2Mpa，可靠工作吋间不低于20年，热棒沿路线走向间距为4m。四、路基结构设计方案分析现以富冰路段为例介绍具体设计方案。当路基高度大于2.5m且小于2.8m吋，采取片块石路基处理，基底冲击碾压和填筑30cm砂砾后，填筑0.9m〜1.2m厚的片石，片石上部用20cm厚碎也整平，碎石粒径5〜10cm，其上再填筑30cm厚砂砾垫层，赠平层与砂砾层之间铺设透水土工布，砂砾层上部布设塑钢土工格栅；当路基高度大于2.8m吋，片石层的厚度采用1.2m，其他结构相同;当路基高度小于2.5m吋，采用基底局部换填

8、或加强冲击碾压厚度，路基中增设XPS板的方式处理。未通过水草沼泽时，填筑30cm砂砾或石渣，通过水草沼泽吋，则填筑50cm砂砾或石渣，将