冻土区域的公路路基设计探析

文/曾屹

1 前言

经济社会的快速发展和科学技术的飞速进步在一定程度上给我国道路工程事业的发展提供了机遇，促进了我国道路工程事业的发展和繁荣[2]。特别表现在一些地形复杂，区域复杂程度较高的道路建设过程中取得了重大的突破。但是，冻土地貌的面积之广给路基施工造成了潜在的困难，空前的增加了路基施工的难度。基于冻土区域路基地貌的复杂性，本文对冻土区域的地质构造做了内容的分析，并在此基础上，论述了冻土区域对路基地面的危害程度。当然，已针对冻土区域的具体面貌提出了具体的设计方案，希望本文的研究活动，能够为多年冻土区的路基设计提供一定的借鉴与参考，从而促进我国交通事业的发展与繁荣，也为解决冻土区域的现实困境提供有效的应对策略。

2 冻土分布区域及类型

冻土区域的分布受地理位置的影响较大，通常而言，在我国高原地区和高海拔地区，如东北西北部的高山地区，冻土分布面积覆盖范围广。也正是如此，东北西北部高山地区公路的施工难度更大，复杂的高原土壤结构和高难度的地基施工都成为了公路建设过程中的直接影响因素。基于此，相关技术工作人员和施工人员更应该对冻土的分布及类型做充分的了解和深刻的总结。在此基础上对冻土地基施工的工作流程做具体的规划和详细的工作流程，并能够根据冻土的实际分布特点，采取有效的应对策略，减少冻土对公路工程设施的消极影响。通常而言，冻土区域的公路路基在实际的设计过程中，都切实要考虑到施工路面的土地类型、土地质量、土地含水量以及土地沉降量，对冻土的类别做精密的划分就显得尤为重要[3]。一般情况下，常见的冻土类型主要有融沉少冰冻土、弱融沉少冰冻土和强融性饱冰冻土。类型不同的冻土区域，方案设计有所差异，一般都要根据实际的冻土类型设计具体的应对方案，以此才能够为冻土的施工过程提供强有力的理论保障和强大的实践基础。

3 冻土区域对路基的危害

3.1 路基沉陷

冻土区域对路基的危害主要表现在公路的投入运营过程。公路在投入运营过程的时间里，随着运营时间的推移，多年冻土区域路基会有明显的下沉，甚至整体下沉的状况，这对于陆基来说危害程度是非常巨大的。路基沉降的方式通常被分为严密沉降与热融沉降两种形式[4]。压密沉降区域土壤含水量的高低及填土密实度的高低影响作用较大，而热融沉降受天气因素、温度因素以及人为因素的影响作用较强。在一系列影响因素综合征的情况作用之下，路基沉陷现象会表现得更加凸显。当路基发生沉降现象时，对人的生命安全及当地交通事业的正常运转会有消极的影响。

3.2 路基裂缝

路基裂缝一般表现在道路施工建设过程中。通常是在施工过程中，操作人员的操作行为不当，打破了冻土层的热平衡状态。由此导致路基出现压缩变形的实际发展状况，最终也就导致路基裂缝出现，更有甚者，还会导致路基出现龟裂及网裂，对道路交通的质量有极大程度的消极影响。

3.3 各异的结构物地质条件衔接部位的不均匀沉降

各异的结构、无地质条件衔接部位的不均匀沉降也是影响多年冻土温度场的潜在因素，受到不同地质条件和土壤结构形式以及几何尺寸的作用，陆地也会对多年冻土场产生较大的影响，且二者之间的作用是相互的，温度场会以返做的形式影响多年冻土道路的冻土性质[5]。在这样的影响作用之下，冻土区域陆地同桥相连接的部分不均匀沉降现象就会十分突出，这主要会对道路的均匀性和平稳性以及平顺性造成消极的阻碍。

4 冻土区域公路路基设计

4.1 形成整体的路基设计思路

我国东北、西北等高海拔地区和高原地区多年冻土区域范围广，因此，在施工的过程中，更应该用整体性原则指导实际工作。比如在设计过程中，切实根据高原地区的冻土区域分布特点和冻土位置，科学合理的设计公路路基。例如在高原冻土条件下，若遇到冻土下现在四米以内的地段，可以采取融化措施来将常年冻土层进行清理，也可以通过填充砂粒及碎石等粗颗粒物来将冻土区域进行整治。针对冻土下现在四米之上的地理位置，采用管理融化的速度，通过主动冷却与被动保护的方法，来有效保障冻土地基的稳固性、安全性和平整性。这一系列措施的施行之下，必须坚持整体的路基设计思路。

4.2 实事求是分析特殊地段路基区域状况

在冻土区域环境下，路基的修建过程难度空前增加，面临的要困境和较大问题主要体现在：一是高原地区冻土基础牢固，二是复杂多变的复杂的路基施工环境。在冻土区域较为常见的施工环境一般是水草、沼泽路基、湖塘路基以及冰雪害路基等。针对这三大类恶劣施工环境路基一状况，本文也给出了具体的应对策略，以下是对三类特殊地段的规划和建设处理应对措施的概述。

4.2.1 水草沼泽路基

冻土环境的差异性决定了不同冻土区域有与之相对应的策略和设计方案。通常而言，针对季节性的冻土路基，工作人员首先要对水草沼泽路基做好清淤工作和排水疏解工作。在此基础上，用大的颗粒物如沙硕石来填筑路基，在针对少冰或多冰的路段，在清理地基地与疏干的状态作用下，使用具有高强度的大块石来换填，还需要在少冰后多边的地段铺筑土工格栅栏以此提高路基的稳定性和牢固性。当然，针对高寒冰多的地段，可以直接省去上述步骤，但需要把片状块石铺筑在地面之上，采取重型压路机将片状块石压实压紧。

4.2.2 湖塘路基和冰雪害路基

湖塘路基地面多出现在高原冻土区域。在高原冻土退化区域，湖塘路机路段是出现最为频繁和最多的。施工监测的过程中，如有遭遇湖塘路基，需要对淤泥进行预先的清除，再采取沙粒和片石填筑。填筑高度通常在30～50cm 之间，常在片石上还需要填出30cm 的砂砾，冲击压实作用下，才能够根据常规的路基来进行补充和填实。施工检测过程中，如遇有遭遇冰雪路基，根据冰雪和路基的降雪量多等实际特点对路表行车安全危害程度进行整体的价值判断，冰雪害路基路段要考虑加固车辆的防滑性能，通过放缓路线、纵坡等的方式来大大增强路表的防滑性，还需要配置有适当的除冰设备和储水设备，最终为公路的正常运行提供强有力的后援保障。

5 冻土区路基的设计

5.1 设计思路与原则

设计高原冻土区路基时，在设计之前，相关技术工作人员和施测人员需要对冻土区域的设计原则进行整体的概述和了解，必须坚持全面性和科学性的统一。全面性主要指技术施测人员要对施工环境进行全面的了解，对施工地质环境做到通透的概述。在做好各项地质勘测数据记录的基础之上，应用计算机软件等现代化技术模拟计算出冻土融化后可能带来的消极影响和消极作用，以此让冻土区域对路基的损害降到可控的范围。科学性主要是指技术施测人员在设计整体构思方案的过程时，必须对冻土区域的地理位置和地形特点做实事求是的分析和论断，从而在正确价值判断的基础之上，设计出可行的冻土区域路基方案。

5.2 路堤设计

冻土区路堤从结构层次上可以划分为两大方面：一是上路堤，二是下路堤。对这两大方面进行整体路堤设计时，首先，勘察也是设计的重点，观察主要需要对冻土区域的土质类型进行全面的了解和系统的分析，为优化路堤施工防排水设计提供强有力的保障与基础。当然也是有效避免坡脚和路基稳定范围内积水的重要方面和措施。在对傍山路基进行整体构家和设计时，要对地表及地下水的渗入路基结构问题进行全面的考察。特别需要强调的是，切记要对池塘、软土复杂路堤行整体的沉降和移位观测。

5.3 路堑设计

在高原冻土区，复杂多变的路堑地层结构是较为常见的，冻土区域受到天气、温度等的多方面因素影响，发生变形的可能性更大。这也要求相关技术设计者和方案践行者对路线进行设计时，遵循多填少挖的原则。在高原冻土区域是绝对不能开挖路堑的，若确实有需要，必须在设计优化的方案基础之上，保障工程建筑的整体稳定。

5.4 排水与防护设计

大量的积水是路基病害形成的最主要原因，整体优化排水设计是确保路基稳定性的必要前提，要求相关设计人员首先需要对冻土地形环境进行整体的勘察和探测，因地制宜，因时制宜选择与实际相匹配的排水设备，并能结合各种排水设施进行综合探测，特别是在路堑地段，设置挡水埝，以此作为防水设备保障排水设计的整体优化[5]。由于高原地区气候条件恶劣，因此，有效保障路基的稳定性，对其进行必要的防护设计是尤为重要的，在此过程中，采用浆砌片石护坡、护面墙的方式来解决，自然降水量的高低也是影响路基稳定性的重要成因，因而，也需要设置挡土墙保障冻土区域的主体稳定。

6 结语

综上所述，随着我国经济社会的发展和科学技术的进步，我国在高原冻土区的路基处理已经取得了较大的进步，但精细化的处理方式和更加具有权威性的理论著作尚需完善，高原冻土区域路程工况的复杂性，在要求必须对冻土区域进行路基的整体设计和优化，设计优化的基础上，才能够有效保障路基路面的稳定性和平整性，基于此，技术人员和总体设计师更应该不断总结实践经验，形成具有学术参考价值的理论著作，为交通事业的繁荣发展贡献力量，为国家经济的发展夯实基础。