季节性冻土地区公路路基设计要点

王维涛

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

季节性冻土区是指冬季气温降低使土体冻结，而在春天土体融化的地区，具有季节性循环的特点。在这一地区进行公路路基设计需要引起特别注意和重视，否则一旦路基土发生冻胀，将造成较大的损失，甚至引起安全事故。

1 路基冻胀成因与工程措施

对于季节性冻土区，因路基填料和含水量等条件存在差异，可能产生一定程度的不均匀冻胀现象，致使地面开裂。当气温回升时，冻土开始融化，整体将处在饱和状态，相邻土粒之间的摩阻力减小甚至消失，此时受荷载作用极易导致沉降与翻浆。不论冻结或融化，都会给路基的使用造成影响，埋下安全隐患。

1.1 填料分析

若按照冻胀性可将路基填料分成以下五个等级：I 级，为不冻胀；II 级，为弱冻胀；III 级，为冻胀；IV 级，为强冻胀；V 级，为特强冻胀。由于块石的细颗粒含量相对较少，所以在发生冻结时能使水快速排出，能起到防止体积膨胀的作用。基于此，在冻结深度内将岩石作为填料能起到减小或彻底消除冻胀性的作用。如果填料中细粒土的实际含量超过15%，则必定发生冻胀。因此在冻结区内必须对填料中细粒土实际含量予以严格控制；若路堑段内的冻结区含有冻胀土，则需将其挖除，并采用非冻胀土进行换填[1]。

1.2 水的影响

这方面主要体现在发生冻结前土体实际含水量和冻结过程中水分补给。当土体实际含水量达到界限值时，土体开始冻胀，并伴随含水量不断增加，冻胀率变大。土体冻胀性和地下水之间的关系取决于毛细水高度，如果地下水位比临界深度低，则可忽略地下水对土体冻胀性带来的影响，只考虑土体自身含水量即可；而如果地下水位比临界深度高，则在毛细水的持续作用下，地下水将伴随土体不断冻结而为土体提供水分，使冻胀性显著增强。

1.3 冻结深度

对于有害冻结深度，通常为最大冻结深度60%～95%，根据当地实际情况与相关经验，可将最大冻结深度的70%作为有害冻结深度[2]。

1.4 冻土处理

最常用的冻土处理方法为物理化学法，即利用盐分与交换阳离子的方法来改良地基土，使土粒子和水之间发生相互作用，促使土体所含水分的迁移强度与冰点发生变化，以减弱冻胀性。该方法还可具体分为以下几种：憎水物质改良法；分散改良土法；土粒聚集与人工盐渍化法等。其中，憎水物质改良是指在土体内掺入一些憎水物质，促使土体颗粒具备一定憎水性，使渗透通道变化，降低含水量，常用的憎水物质包括重油、液态石油沥青和表面活性剂等。

2 防冻胀设计要点

2.1 基床设计

对于路堤填料，应达到以下要求：如果路基的高度已经超过有害冻结深度，则基床的表面到有害冻结深度这一区域，应使用非冻胀土进行填筑；而当路基填筑高度比有效冻结深度小时，需开挖到有害冻结深度处，然后采用非冻胀土进行换填。对路堑进行换填和处理时，应达到以下要求：如果有害冻结深度以内的地基土属于I 级冻胀或II 级冻胀，则可不做换填处理；而若地基土属于冻胀土，则从基床的表面开始直到有害冻结深度处的所有土体都应挖除，并使用非冻胀土进行换填处理[3]。

2.2 地下水处理

当路堑从地下水相对发育的段落中通过时，必须重视地下水可能给路基造成的影响，采取下列措施进行处理：

（1）采用防渗隔断层，即在换填层的层底设置一层0.1m厚的防渗隔断层，具体可采用中粗砂+两布一膜，以此隔水防渗，并防止地下毛细水。

（2）降低水位。针对处在冻结深度中的地下水，若此部位地基土属于冻胀土，则可通过渗水盲沟的设置来处理。将盲沟设于侧沟平台以下，并在沟内填筑清洗干净的碎石，同时在沟的四周包裹土工布，将其作为反滤层，渗水管底部高程不得对于侧沟底部的设计高程到最大冻结深度-0.25m 之间，并将渗沟出水口设置在地势相对开阔的部位，最后根据实际情况采取合理有效的保温措施[4]。

（3）路堑边坡排水。当路基边坡存在地下水，同时地下水所在区域中的地基土属于冻胀土时，应根据现场地质情况设置支撑渗沟，在稳定状况良好的土层中进行设置，并在基底处做好防渗，使渗沟高程处在地下水位实际高程+最大水位变化范围内。

2.3 地表水处理

进入到路基中的地表水在发生冻胀与融沉后，会引起病害发生，对此应采取有效措施防止地表水下渗，具体措施包括：

（1）在基床上进行隔水防渗层的设置。为避免地表水对路基本体造成侵蚀，可以在基床的表面铺设一层厚度为0.1m 的隔水防渗层，即中粗砂+复合土工膜，以此防止地表水进入到基床范围内。

（2）对路基排水出路予以合理衔接，比如采用排水沟把路基两侧存在的地表水引排至涵洞，或直接引入到沟渠当中。

（3）加强路肩和边坡的防护设计，尤其是要对边坡坡脚开展严格的防冲刷设计，增强坡脚处的防冲刷能力。

2.4 边坡支护系统防冻胀

通过调查可知，路基边坡支护系统长时间受到冻融的作用和影响，出现了较为严重的开裂破坏。对此，为尽可能减少维修成本，对于在严寒地区修建的支护结构，需采用等级为C25 以上的片石混凝土；对于路堑防护，注意不可在全断面设置护墙，以孔窗式护墙为宜；挡墙最好应设置在岩层上，禁止设于冻胀土地基，若无法达到，需将该部分的地基土挖除，并使用非冻胀土进行换填。

2.5 既有路基防冻胀

（1）当地下水位处于冻结深度之内时，需在路基两侧设置渗水盲沟，用于将地下水阻挡在路基范围之外。

（2）避免地表水进入到路基冻胀区之内，通过路肩与边坡的修整，并采用浆砌片石对路肩予以有效防护，在条件允许的情况下还可采用植草等方式来防护；对既有路基必须做好排水，采用排水沟使地表水进入到排水涵洞当中，也可引入到对应的沟渠当中。

（3）当路堑侧沟排水无法通畅时，需要在基床表面两侧重新开挖梯形截面的侧沟，其底部宽度按照0.4m 控制，深度按照0.6m 控制，由强度为M7.5 的水泥砂浆进行砌筑。对需要改动边坡的段落，应在侧沟外部采用重力式挡墙予以收坡；若对既有边坡进行的改动很大，则需按照新建段落相关标准加强边坡防护。

（4）对于基床产生翻浆和唧泥现象的段落，先对表层土体进行开挖，挖深按不小于0.6m 控制，然后换填新土，必要时还应在基床表面采用挤密桩进行进一步加固，挤密桩之间的距离一般按照0.53m 控制，且路肩宽度内的桩数不能少于5 根。

3 结语

综上所述，路基发生冻胀会使路面产生严重破坏，直接影响公路的使用。因此，在季节性冻土区进行公路路基设计时，必须加强防冻胀处理，坚持从填料的优选、防排水及防护等不同方面入手，根据当地自然环境与气候，深入探究并探索防冻害技术，选择适宜的技术措施，保证路基始终处于稳定及安全状态，并为其他季节性冻土区的路基设计提供参考依据。