冻土地区路基设计指南.docx

震后交通基础设施重建技术系列指南之七

多年冻土地区路基设计指南

交通部西部交通建设科技项目管理中心
二○一○年四月

前 言

2010年4月14日，青海省玉树地区发生了7.1级地震，这是继两年前“5.12汶川大地震”后，在我国境内发生的又一次破坏性大地震，给玉树人民的生命财产造成了巨大的损失，也给玉树地区的公路、桥梁等交通基础设施带来了巨大的破坏。为响应党中央国务院关于抗震救灾和灾后重建的指示精神，贯彻落实交通运输部的抗震救灾部署，支援玉树灾区抗震救灾和灾后重建工作，我们遴选了部分与抗震救灾有关的西部交通建设科技项目成果，并编印了《震后交通基础设施重建技术系列指南》，希望能为灾区交通基础设施重建提供参考，并藉以为灾区重建做出我们应有的贡献。

交通部西部交通建设科技项目管理中心
二○一○年四月

目 录

1 总则 1
2 路基设计 2
2.1 一般规定 2
2.2 路堤设计高度 3
2.3 低填浅挖路基 8
2.4 路基边坡及护道 10
2.5 路基排水 10
2.6 其它不良地质地段的路基设计 12
2.7 路基借土 13
3多年冻土道路环境检测与管理 14
多年冻土地区路基设计指南附录 15
附录一 沥青路面路基设计高度公式中S的确定 15
附录二 XPS板隔热层路基设计主要参数 17
附录三 通风管路基设计参数 18
附录四 热棒路基的设计参数 18
附录五 碎石路基设计参数与要求 19
附录六 冻土融土的热物理参数 20

1 总则
第1.0.1条 本设计指南依据部颁《公路工程技术标准》和多年冻土地区公路工程设计任务，并参考《公路路基设计规范》和其他多年冻土地区研究成果中所确定的原则编制，其目的是指导多年冻土区公路路基设计。
第1.0.2条 多年冻土地区路基工程设计中，为确保路基稳定，使路基设计经济合理，降低全寿命成本。应根据“有的放矢、合理经济”的设计原则，对不同的冻土类型，分别采用不同的设计方法。
第1.0.3条 公路路基宽度设计原则上按《公路工程技术标准》级公路标准进行，特殊地段可适当降低技术标准。
第1.0.4条 采用本设计指南时，尚应符合国家现行有关规范或规定的要求。
第1.0.5条 路基工程设计应在综合分析勘察资料基础上，吸收消化国内外成功的研究成果，充分考虑建设环境的影响，论证地确定路基工程设计方案，以保证路基设计的合理性和可靠性。
第1.0.6条 对于旧路建设整治工程，路基设计时，低温多年冻土地区（放热型、吸热型）路基设计以“保护冻土”为原则；高温多年冻土地区（过渡型和残留型）路基设计以“控制融化速率”为原则，采用“主动降温与被动保护相结合、治理路基病害与治理环境相结合”的工程措施，路基临界高度不再是高温多年冻土区路基设计的主要控制指标。
第1.0.7条 对于新建公路路基，路基设计时，低温多年冻土地区路基设计以“保护冻土”为原则；高温多年冻土地区路基设计以“控制融化速率”为原则，采用“主动降温与被动保护相结合、保护冻土路基与保护冻土环境相结合”的工程措施，路基临界高度不再是高温多年冻土区路基设计的主要控制指标。

2 路基设计
2.1 一般规定
第2.1.1条 多年冻土区公路路基设计应以完善、准确、可靠的工程地质勘测资料为依据，充分考虑冻土条件，并尽量减少对多年冻土的热干扰，采取有效的工程措施，确保路基的稳定性。
第2.1.2条 多年冻土地区路基设计原则，要依据区内冻土分布的多样性和变化的复杂性以及路面类型而定，同时要考虑到全球气候周期性波动对冻土路基的影响，故在设计冻土路基时不宜采用单一的原则，而是要根据冻土区内气候、冻土条件与道路工程建设的技术经济可行性与合理性，采用不同的设计原则。
第2.1.3条 设计原则的应用既要正确确定应用对象与应用范围，又要认真确定合理路基高度及对应的路面类型。
第2.1.4条 由于多年冻土融化引起的道路路基不均匀下沉是影响路基设计的主要因素，因此，路基设计首先考虑如何控制多年冻土层的融化，正确评估冻土发生融化后的变形值。在这一指导思想下对应的设计原则有：保护冻土设计原则，即：保持多年冻土上限不下降或略有上升；控制冻土融化速率的设计原则，即：保持多年冻土融化引起的路基下沉变形不影响路面的正常使用或在一定时期内多年冻土融化引起的路基下沉变形不降低公路的服务水平；预融的设计原则，即：让多年冻土预先融化，直至稳定到一定深度为止，再按一般地区路基设计。各类设计原则的适用范围见下表：
设计原则与适用范围
设计原则
适用范围
保护冻土
年平均地温低于-1.5℃；经过热学计算研究确信在施工和运营过程中可以保持土的冻结状态和稳定性，冻土人为上限较浅的多年冻土路段；高含冰冻土，且冻土的厚度较大，采用其他方法不经济路段。
控制融化速率
年平均地温高于-1.5℃，冻土含冰量低的路段或冻土的厚度较大，采用其他方法不经济的路段。
预融
地温较高、冻土厚度较薄地段，或路基挖方路段。
第2.1.5条 用粗粒土填料填筑路基，对路基水稳定好，用细粒土填料对保护路基基底冻土好。填料类别应综合考虑，既要宜采取因地制宜，就地取土的原则，降低造价，又要保持路基的水稳定性、热稳定性和强度。
第2.1.6条 在特殊路段，路基填料的选择一定要慎重，要考虑各种控制因素，合理和有效的选择填料，对不适宜的填料要严格禁用，有时远距离取土也是必须的。下列土类要严格禁止在任何地段作为路基填料：草皮、富含腐植土、草炭和泥炭土等。
第2.1.7条 路基设计方案、施工组织设计与施工方法等应保证路基稳定，充分利用有利于工程质量的施工季节并满足施工期间车辆通行的需要。
第2.1.8条 对于填筑在地面横坡大于1:2.5的新线路堤，应验算路堤沿基底中冻融界面滑动的稳定性。冻融界面的抗剪强度由现场试验或室内试验确定，当无条件试验资料时可查阅有关文献。
2.2 路堤设计高度
第2.2.1条 根据地温测试结果，多年冻土地区路基设计时，一般均按保护冻土原则设计。一般路段均采用填方路基，尽量避免挖方路基形式，但由于路线标高控制而不能采用填方路基时，则采用预融冻土的设计原则。填方路基一般不低于1.5米，但也不宜超过3.8米。一般路基横断面如图1-1。

图2-1一般路基横断面图

第2.2.2条 路基设计按保护冻土的设计原则进行设计，应通过计算确定路基临界高度确定路基设计高度。
沥青路面下路基临界高度：
H沥=2.87-0.44h天 （2-1）
沥青路面下路基设计高度
H设= H沥 +S+△H （2-2）
式中：H沥─沥青路面下路基临界高度（米）；
h天─多年冻土天然上限（米）；
H设─沥青路面下路基设计高度（米）；
S─多年冻土天然上限以上土层和路基填土压密沉降量（米）；
△H─由于修筑公路和大气转暖对路基下多年冻土的热干扰造成在路基使用年限内多年冻土融化产生的沉降量（米）。
第2.2.3条 当路基设计高度不满足冻土临界路基高度时，则应设置XPS板隔热层，隔热厚度以热阻等效关系计算。即可以多层介质斯蒂芬方程（2-3），与不同厚度的EPS板计算的沥青路面下融化深度与隔热层厚度的关系。
= （2-3）
式中:IS—沥青路面的融化指数(℃·天)；
Ln—第n层的体积融化潜热（kcal/m3）；
tn—第n层的融化深度（m）；
Rn—第n层中融化层的热阻（h·℃·m2/kcal）；
ΣRn-1—第1层至第n1层的热阻之和（h·℃·m2/kcal）；
K—地区修正系数，K＝1.20～1.95
第2.2.4条 在全球气温变迁的条件下，低温多年冻土的路基临界高度应考虑多年冻土地温变化与路基设计使用年限的影响，路基临界高度可采用下式计算：
（2-4）
（2-5）
（2-6）
式中：—路基合理高度（m）； —道路设计年限（a）；—路基设计所在年份（如1999年）的天然上限（m）； —设计路基时的年份。
如假设道路的设计年限为20年，于2004年设计施工的新建路基合理高度的确定过程如下：
（2-7）
（2-8）
第2.2.5条 对于不融沉或弱融沉多年冻土区路段(多冰冻土、少冰冻土)，当其计算以融化压缩沉降量未超过路基允许沉降量时，则路基高度可按季节重冰冻区路基设计；当其计算以融化压缩沉降量超过路基允许沉降量时，或当路基设计高度由于路线纵坡控制不能足路基临界高度时，在路基中路面宽度范围内设置XPS板隔热层，XPS板隔热层的厚度以式（2-3）确定(见图2-2)。

图2-2 XPS板隔热层路基设计图
第2.2.6条 富冰、饱冰多年冻土区路段路基以填土路基为主，当路基设计高度不能足路基临界高度或不经济时，在路基中路面宽度范围内设置XPS板隔热层， (见图2-3)，并在路肩外侧设置热棒，热棒设计间距4.0米(见图2-3)，如路基设计高度大于2.5米，且路基走向与当地冬季风向基本垂直时，也可设计为通风管路基（见图2-4）。
第2.2.7条 含土冰层与厚层地下冰路段路基以填土路基为主，并拟在路基中路面宽度范围内设置XPS板隔热层，XPS板隔热层厚度以式（2-3）确定，并在路肩外侧设置热棒，热棒设计间距3.0米(见图2-5)；如路基设计高度大于2.5米，且路基走向与当地冬季风向基本垂直时，也可设计为通风管路基（见图2-4）。
第2.2.8条当公路通过地表横坡较大、地表水发育，且公路沿线石料丰富时，路基可设计为碎（片）石路基（图2-6），碎（片）石层厚1.2-1.5米，并根据公路通过地带的冻土类型增设XPS板隔热层（图2-7）或热棒路基（图2-8）等。

图2-3 XPS板隔热层与热棒路基设计图（1）

图2-4通风管路基设计图

第2.2.9条 当路线通过地段地表水、地下水（泉水或冻土沼泽）发育，又是高含冰量路段时，为确保路基稳定性，拟采用以桥代路。
第2.2.10条 对按保护冻土设计原则设计的路基，其设计高度也可采用路基临界填土高度加安全高度计算（式2-9）。
（2-9）
式中：M-综合修正系数，依据冻土类型及上限深浅确定；
-路基设计高度（m）；
-路基填土临界高度（m）；

图2-5 XPS板隔热层与热棒路基设计图（2）

图2-6 碎（片）石路基设计图

图2-7 碎（片）石与XPS板隔热层路基设计图

-多年冻土天然上限（m）；
A，B-在不同地温带是不同的，随气温，地温升高而增加。其具体值应由观测值回归得到；
S-为季节融化层压缩沉降量（m）；

-第层冻土的融化下沉系数，%；
-第层冻土的融化压缩系数，；
第层冻土厚度，（m）；
-第层土中平均附加应力，（
-第层土中点处土的自重应力，（；

图2-8 碎（片）石与热棒路基设计图

第2.2.11条 按控制融化速率设计原则，道路路基设计高度为；
（）
式中：-路基的设计高度，（m）；
路基土标准融化深度，（m）；
-路基土含冰量的修正系数（0.7~1.1）；
-路基施工影响系数（1.16~1.22）；
-历年平均融化速度；
-融化速度衰减系数；
-道路使用年限，以年计；
第2.2.12条 在计算沥青面下人为上限时，首先应分析历年勘探资料，进行冻土地质分段，分段时要注意照顾最不利冻土路段。
第2.2.13条 当沥青路面下人为上限资料缺乏时，可采用沥青面铺筑前砂砾路面的人为上限或天然上限进行计算。
第2.2.14条 当多年冻土厚度与上限之和小于3.5米时，则采用预融的设计原则，将多年冻土层全部清除，清除宽度为路基底宽加2米（每侧加宽1米），用水稳定性好的砂砾回填。
第2.2.15条 当采用保护冻土或控制融化速率设计原则时，多年冻土层上的植被与草炭（泥炭）层不宜清除，而应采取有效措施，首先将地表软基处理，使其在路基施工阶段完成沉降变形。
第2.2.16条 除基岩路段外，路基最小高度一般不宜低于1.5米，非纵坡或构造物控制段路基高度不宜超过3.5米。经计算，当路基高度超过3.5米时，应根据填土路基或其它冷却（调制）工程措施路基进行技术经济性和可靠性比较。
第2.2.17条 对于多年冻土区中的河谷融区，以季节重冰冻区路基设计，按现行《公路路基设计规范》确定路基高度；对于较小的冻土岛，根据其多年冻土特性，对照第2.2.2~14条规定，确定路基设计高度。当填高路基受到纵坡限制时，通过经济比较，可采用在路基内设置XPS板隔热层或增设热棒等。
2.3 低填浅挖路基
第2.3.1条 低填浅挖路基系指填土高度小于0.5m的路堤和开挖深度小于0.5m的路堑。
第2.3.2条 多年冻土地区低填浅挖路基，应根据其通过地段的冻土条件，工程地质和水文地质条件，采取有效措施，确保路基基底和挖方边坡的稳定。
第2.3.3条 低填浅挖段的路基工程可以按预融换填进行设计。预融及换填的深度和厚度应根据计算的人为上限（也可根据工程类比法确定）、施工工期和冻土条件确定。在人为上限范围内宜将高含冰量冻土（含土冰层、饱冰冻土和富冰冻土）全部换填；对多冰和少冰冻土可参考下述关系式确定换填厚度：

式中：-换填厚度，当用粗粒料换填时应乘1.2~1.3系数；
-低填浅挖段计算人为上限；
-路基开挖后在停置时间内要求达到的融化深度（预融深度）。
第2.3.4条 低填浅挖段沥青路面路基人为上限可采用下式计算：

式中：-计算人为上限深度，以米计；
-计算断面多年冻土天然上限深度，以米计。
第2.3.5条 预融深度是指路基按照设计换填土层厚度开挖后，停置一段时间，使换填基底以下冻土层自然融化，达到设计所要求的深度。预融深度可以通过热工计算确定。预融期按一个气象年计算。据青藏公路实测，融期为一年时对高含冰量冻土可融化40~60cm，对含冰量小的冻土为60~120cm。由于多年冻土地温与青藏公路多年冻土地温可能不同，多年冻土在一个气象年内预融深度与青藏公路在同等条件下也不相同，其预融量可根据热工计算与试验工程观测确定。
第2.3.6条 为减少换填厚度，可采用工业材料隔热层，如XPS板等。
第2.3.7条 为减少冻胀量，换填料宜采用粗砾料（且粉粘粒含量不大于5%），并需进行冻胀稳定性验算。为防止粗粒料污染，在开挖基底及边坡必要时也可铺设一层土工布隔离层，为防止热融滑塌必要时也可做一些支挡。
第2.3.8条 挖方换填路段，路基边沟应进行铺砌，以确保排水，减小地表水下渗。
第2.3.8条 挖方换填路段，开挖宽度应大于路基基底宽度2米（每侧超宽1米），开挖过程中应保持路基边坡的稳定性。

2.4 路基边坡及护道
第2.4.1条 多年冻土地区路基应加强侧向防护，以减轻地基多年冻土的衰退，提高冻土地基的稳定性。
第2.4.2条 多年冻土地区的路堤边坡可适当放缓。当路堤高度小于或等于3米时，填方边坡可采用1:1.5~1:1.75；当路堤高度大于3米、小于6米时，自路肩在2.5~3.0米以下，可采用1:1.75~1:2.0；当放缓边坡受到限制时，可采用支挡或其它形式的加固工程。
第2.4.3条 路堑边坡在少、多冰冻土路段应根据土质条件、含冰量情况和边坡高度采用1:0.75~1:1.5，当边坡高度超过1.5米时。在坡脚应设置大于或等于1米宽的平台。高含冰量冻土路段的路堑边坡，在放缓边坡的同时，可采取边坡换填、设保温层，有条件时用草皮铺砌和边坡堆砌草带（或编织带）支挡等措施。
第2.4.4条 高含冰量冻土分布路段，路堤两侧应设置宽度不小于2米，高度不小于0.8米的护道。对于严重积水或常年积水路段，护道宽度不宜小于5米，高度应高出最高积水位0.5米（见图2-1）。
第2.4.5条 保温护道的高度，主要与路基两侧的水文地质条件有关，与公路沿线的冻土类型也有一定的关系。在确定其高度不同时，采用平顺过度方式连接。
第2.4.5条 当路基两侧严重积水或常年积水时，宜采用不透水填料填筑护道，对于不积水或临时性积水路段，宜采用透水填料填筑护道，对主要用于保护多年冻土的护道，宜采用碎石或片、块石料填料填筑护道。
第2.4.6条 当采用碎石或片、块石料填料填筑护道时，碎石粒径应在0.15-0.20或0.20-0.25米范围内，其空隙率不宜小于25%；片、块石最小边长应大于15cm，其空隙内不得充填碎石或其它杂物，其最小厚度不宜120 cm，宽度应大于250 cm。
2.5 路基排水
第2.5.1条 多年冻土地区的路基排水设计主，要因地制宜、全面规划、因势利导、综合治理、讲究实效、注意经济并充分利用地形和自然水系。
第2.5.2条 多年冻土地区的排水设施尽量远离路基坡脚，并力求排水畅通。不得在路基附近（10米内）形成积水洼地，更不得在路基坡脚积水，以免引起路基基底多年冻土衰退和融化，影响路基稳定。
第2.5.3条 排水沟宜采用浅宽形式，不宜深挖，必要时尽量采取防渗保温措施，以减少对多年冻土的热干扰。
第2.5.4条 对路基两侧排水无出路的地段不宜设置涵洞，宜以增加护坡道宽度将积水挤出影响范围以外为宜，否则积水于路基两侧，有害无益。
第2.5.5条 排水沟应与附近桥涵、天然河沟和原有排水沟相通，以形成有效的排水系统。
第2.5.6条 当路基地形较高或挖方边坡一侧的山坡汇水面积较大时，应设置截水沟，截水沟距挖方边坡的距离不得小于5米，为防止冻结层上水渗入路基，在截水沟靠路基一侧应设置挡水埝。挡水埝的顶宽与高度根据汇水面积的大小和降雨强度确定。
第2.5.7条 路侧取土坑底应平整成一定坡度的平顺沟槽，并与附近河沟连接，以利排水。不得造成取土坑积水。
第2.5.8条 在含土冰层冻土分布地段，以设置挡水埝为宜，尽量避免设置截水沟和排水沟。
第2.5.9条 在斜坡地的上坡翼侧护坡道外地下水汇集处，宜设置疏水设施，将地下水疏导向另一侧，以免汇入路基，疏水设施可以采用保温渗沟或盲沟，并作好出水口防塞、防冻工作。
第2.5.10条 从原地面算起的排水沟中心下的多年冻土人为上限H。按下式计算： （）
式中：-天然上限，米；
-排水沟的深度，米；
-考虑地表植被破坏和流水影响的修正系数，可按下表采用。
修正系数
原地状况

草皮覆盖
0.8
无草皮覆盖
0.2
第2.5.11条 路基通过平坦、低凹地表有临时积水或冻层上水发育的地段时，为防止地表水、地下水危害路基，应在路基两侧设置护坡道，护坡道的宽度一般路段2~3米，较长期积水路段宽度不宜小于5米。护坡道高度一般路段0.8~1.5米，积水路段应高出最高积水水面0.5米。冻结层上水发育路段应根据地形、层上水流向、水位及水层厚度确定护坡道高度。
第2.5.12条 当排水沟或边沟纵坡较大时，应对基进行加固。加固宜采用干砌片石（厚度不小于0.30米）加防水土工模，如条件允许采用草皮最好。一般不宜采用浆砌片石。
第2.5.13条 应尽量维持天然地面排水系统，避免改河、改沟。路堤通过天然沟谷时，宜“逢沟设涵、设桥”，原则上不得两沟合并，更不得让一条沟的水沿路堤流入它沟，造成冻土环境的破坏，影响路基稳定。
第2.5.14条 道路范围内的水和因施工带来的生活废水不得随意排放。
2.6 其它不良地质地段的路基设计
第2.6.1条 不良地质地段路基的设计应满足第1、第2、第4和第5节有关规定。充分考虑不良地质现象的特点。采取有效的工程措施，确保路基稳定。
第2.6.2条 路基通过冰椎、冻丘发育地段时，应详细查明该地区的水文地质条件，采取合理有效的排水措施，防止地下水进入路基，防止冰椎、冰丘迁移至路基或路基附近，影响路基稳定。
第2.6.3条 冰椎、冰丘发育地区的防护及排水设施有：截水沟、冻结沟、积冰台、冰坑、挡冰墙、保温渗沟及小桥涵等，可视当地地质、地形和冻土等条件选用。
第2.6.4条 路基从热融滑坍体下方通过时，应加强山坡坡脚的防护，防止坡脚破坏引起地下冰进一步融化形成新的热融滑坍。加强上侧山坡排水，防止泥流和水流进入路基。
第2.6.5条 路基从热融滑坍体上方通过时，应在热融滑坍体溯源坍塌处采用支挡和防隔热措施，将暴露的地下冰覆盖起来，以终止斜坡的热融滑坍，恢复斜坡的稳定，确保路基的安全。
第2.6.6条 严禁在热融滑体上取土，取土坑应远离热融滑坍体。
第2.6.7条 路堤通过热融湖（塘）时，其水下部分的填料必须选用渗水性土。渗水性土的填筑标高至少应高出最高水位0.5米。当基底土质较软时，路堤两侧可设置反压护道。
第2.6.8条 路堤通过沼泽化湿地时，应选用渗水性填筑，基底的天然植物覆盖物及泥炭层可留作基底隔热层，以减少地基多年冻土的热融沉陷。应加强地表排水，减少和防止地表水渗过路基，以提高路基的稳定性。
第2.6.9条 路堤通过沼泽化湿地时，可采用以桥代路方式通过，也可采用先按软土地基进行处理，再用渗水性填料填筑路基。
2.7 路基借土
第2.7.1条 多年冻土区筑路应尽量减少对冻土区环境的破坏，应合理设计路基取土坑，不得在路基两侧随意取土，取土坑的位置依照地形、地质、地表排水条件确定，尽量采用集中取土，以减少对多年冻土的热干扰。
第2.7.2条 不论在何种条件下，严禁用推土机大面积推土填筑路基。取土坑的位置和开采深度应严格控制。
第2.7.3条 在融沉和强融沉多年冻土分布地段填筑路堤时，如果路基位于倾斜地形上，取土坑只允许设在路堤上侧山坡，取土坑与路堤坡脚间天然护坡道的宽度不得小于100米，在地面横坡不明显的平坦地段，可在路堤两侧取土，其天然护道的宽度仍不得小于200米。
第2.7.4条 在融沉和强融沉多年冻土分布地段，取土坑的最大深度不得超过天然上限的1/2。宽度不宜超过20米。
第2.7.5条 在不融沉和弱融沉多年冻土分布地段，取土坑的深度和宽度不受第2.7.4条的限制，但天然护道的宽度仍不得小于150米。
第2.7.6条 含土冰层、厚层地下冰冻土分布地段，不得在路堤两侧取土。
第2.7.7条 取土前将表面的腐植土集中堆积一处，然后划分取土坑，集中深挖取土，当取土完毕后，整平取土坑，再把腐植土退回覆盖在取土坑上，并在上面种植适宜的抗寒植物。
第2.7.8条 从取土坑（场）到施工现场应设专用便道，不允许施工单位乱开便道，更不允许运料车辆随意超出专用便道。
3多年冻土道路环境检测与管理
第3.0.1条 在岛状多年冻土地区，植被的好环直接关系到道路通过地区冻土地温演化，故该地区路基设计应尽量采取措施保护地面植被。
第3.0.2条 对岛状多年冻土地区的道路工程来说，环境地质的保护是十分重要的，而且对工程竣工后的监测与管理工作也应看作是整个冻土工程的重要环节之一。
第3.0.3条 对采用保护多年冻土设计原则的重点工程，为监测与管理上需要应设立永久性的标志牌，并要求严格保护管理。
第3.0.4条 为减少道路病害和采取切实可行的处理措施，设置必要的观测点是至关重要的工作，观测的内容如下：
1、地温观测：对典型岛状多年冻土地区道路工程设置一定数量的观测孔，及时掌握地温动态变化，对可能出现融沉的路段加强预报工作。
2、冻胀与融沉观测。
3、挂冰、积冰及冰塞观测。总结地下水活动规律，为以后的道路排水系统的布置提供经验。
第3.0.5条 在设计文件中要明确环境保护的范围、保护项目、内容。而且在道路的建设和运营中要严格的执行，对那些可能出现热融沉陷、滑塌、挂冰、积冰、冰塞以及破坏性冰锥、冰丘等，除了要加强监测工作外，对路基稳定有影响的应进行治理。并在设计时对观测仪器、设备、定员等也必须纳入设计文件的概（预）算中，以便工程交付运营之后，得以顺利开展环境地质的日常监测和保护工作。

多年冻土地区的路基设计，是多年冻土地区公路建设的关键问题之一，其方案的正确与否，关系着公路建设的成败。本设计指南主要是根据青藏公路、青藏铁路的设计与五十多年的青藏公路多年冻土工程研究成果与国外资料撰写的。但由于多年冻土地区气候、地质条件的复杂性，再加上一些不可预见的因素等等，为了科学、有效的保持路基稳定性，降低公路交通全寿命成本。建议在公路建设大规模实施之前，先期修筑一定数量的试验工程，在取得一定的经验之后再大规模实施。
国道219线新藏公路
多年冻土地区路基设计指南附录

附录一 沥青路面路基设计高度公式中S的确定
（1-1）
式中：S—沥青路面铺设至稳定的压密变形；h填—路基填土高度；h天—天然季节融化深度；δ′—填土相对压密变形；δ″—融化层相对压密变形。
δ′，δ″根据多年总结如下表1-1所示。
表1-1 δ′与δ″系数
δ′— 填土相对压密变形
δ″— 季节融化层相对压密变形
粗颗粒填料
细颗粒填料
粗颗粒地基
粘性土地基
草皮、沼泽地基
0.01
0.015
0.01
0.015
0.025

2. 沥青路面设计高度公式中△H的确定
△H不能直接采用《路基手册》中P397表2-9-27中的m值确定。而应根据以下方法确定。
冻土在融化与压缩的过程中，用以反映其特征的主要指标是融化下沉系数A（简称融沉系数）。所谓融沉系数是指在无外荷载的情况下，由于冻土融化时冰变成水体积缩小，故孔隙比在融化后土体自重的作用下就已经开始变化，即（孔隙比的变化）。而压密变形的外压应力来源于上伏路堤填土和季节融化层的重力以及作用于路面上的附加应力。
设多年冻土层的融化厚度为H（含路基填高和天然上限及气候变暖上限下降值），则融沉变形量、压密变形量及总变形量可表达为：
（1-2）
式中：A—融沉系数；%；H—多年冻土层的融化厚度（m）；
（1-3）
式中：—人为上限的下移的年速率，一般取4-6cm/a；%；—设计年限；
融沉系数A及融化压缩系数与冻土的颗粒组成、含水量、密度、组构等有关，以下我们将引用国内学者对两参数进行大量实验研究的结果。
1） 粘性土的A
根据以往大量的粘性土融化固结试验，所取得的A发现它们与天然含水量有着一定的关系。A与冻土总含水量W之间的经验公式：
（1-4）
式中：—冻土总含水量，%
对含有碎卵石的粘性土对A应按下式折减：
（1-5）
式中：A′—折减后的融沉系数； n%—大于20mm的碎卵石含量占单位体积的百分数。
2） 粗颗粒土的A
① 融沉系数A
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类土
（1-6）
Ⅴ类土
（1-7）
式中：w—冻土总含水量，%；w0—起始融沉含水量，可按表1-2确定；k1—经验系数，可按表1-2确定。
表1-2 k1，w0值
土质
参数
砾石、碎石土
砂类土
k1
0.5
0.6
w0 %
11.0
14.0
A0—相当于之A值，可按表1-3确定。

表1-3 、值
土质
参数
砾石、碎石土
砂类土
wc（%）
46
49
A0（ %）
18
20
注:以上两表中当砾石、碎石土的粉粘粒含量低于12%时，取，。
附录二 XPS板隔热层路基设计主要参数
1、热力学参数
XPS板的导热系数不大于0.025w/(m•k),吸水率应小于0.5%。密度：43～45kg/m3。抗压强度应大于600KPa。为使设计偏于安全，设计是XPS板的导热系数取0.03w/(m•k), 抗压强度取580KPa。
2、XPS板隔热层的埋设深度
根据车辆荷载的特点和路面下应力扩散原理，以及隔热层板材容许承载力等条件（见图2-1），可以推导出下列公式，以计算隔热层合理埋设深度。
+hr≤б (2-1)
式中：p——轮胎压强（MPa）；
P
h
Ф
r
XPS隔热层
土 基 基
d
d
d——单轮传压面当量圆直径（m）；

图2-1 车辆荷载扩散示意图

r——隔热层以上各结构层容重加权平均（MN/m3）；
Φ——隔热层以上和结构层应力扩散角加权平均值（°）；
h——隔热层合理埋深（m）；
б——隔热层容许压应力（MPa）。
若以标准轴载BZZ—100，Φ=36°，r=0.023MN/m3，б=0.58MPa（r、Φ取值可能有偏差）p=0.7 MPa，d=0.17 m为例，经计算：h≥0.17 m，对上述计算结果增加1.5的安全系数，则XPS板隔热层的埋置深度为路基设计标高以下25.5cm。考虑设计与施工的影响，将XPS板隔热层埋置在路面结构层与土基之间是合理的。

附录三 通风管路基设计参数
根据通风管的强度与路基稳定性的要求，通风管的埋深H为3~5倍管径，大管径取小值，小管径去大值。通风管的管距应小于“冷却半径”R，且不大于两倍通风管直径（外经）。以便于有效发挥其冷却作用；应大于施工压实半径，以便于保障路基的不均匀沉降在允许范围以内。
管内经D与冷却半径R的的关系大致可用
R=k(D/D0)a （3-1）
其中：D0=1.2m；k=3.5~4.5m；a≈0.3~0.5。
材料应依据管厚，从经济性与管材强度要求出发，建议：管内径D=0.3~0.4m，选用厚度t=5~8cm的钢筋混凝土预制管材较合适。

附录四 热棒路基的设计参数
热棒主要由工质和管壳组成，热棒设计主要是根据使用要求和工作条件选择工质和管壳材料，设计合理的管壳、冷凝器尺寸，计算工质充装量，并按工程要求设计合理的埋设位置与深度。
工质的选择是根据要求的热棒工作温度范围和管壳的耐压性以及工质与管壳材料的相容性来确定。工质的选择还应考虑工质与管壳不能起化学作用，否则在化学作用过程中生成的气体和其他物质将可能使热棒不能工作。工质的品质越高，热棒的热传输性能越好，因此在条件允许时，尽可能选用高品质因素的工质。
工质的品质因素用下面公式计算：
N＝K[GCPE(PE-PV)L/µ]1/3 (4-1)
式中: K —液体的导热系数（kcal／m·h·℃）；
gＣ —重力常数（9.8m/s3）；
PE —液体密度（kg／m3）；
PV —蒸汽密度（kg／m3）；
L —汽化潜热（kcal／kg）；
µ —液体的粘度（kg／m·s）。
管壳材料的选择主要考虑热棒的使用条件和工程造价。在土木工程中，热棒除冷却地基外，有时需要承担建筑上部荷载，因而尺寸较大，所以，土木工程中的热棒多由普通钢材制作。管壳的设计任务是确定管壳的尺寸和壳壁的厚度，管壳的大小和长度。根据热棒是否承载，所要求的最小埋深、地上部分的最小高度来确定。管壁的厚度应考虑热棒处于最高温度时，管壁应能承受工质的压力。可按“厚壁园筒”理论进行计算。但在这里仅需计算拉应力（st）即可。径向应力（sg）和轴向应力（sz）均不用计算，stmax按下式计算：
stmax＝P1[（g2＋g1）/(g2－g1)] (4-2)
式中:stmax—管壁承受的最大拉应力（kg／m2）；
P1—热棒处于最高温度时，工质产生的压力（kg／m2）；
g1—管壳的内半径（cm）；
g2—管壳的外半径（cm）。
冷凝器的设计主要考虑两点，一是冷凝器要有足够的冷凝面积，以确保蒸发段吸收的热量能及时的散发到大气中去；二是冷凝器与管壳的联接最好不要有变径，也就是说，最好冷凝器的中心管管径与热棒管壳的直径一致或略大，这样可以防止在变径段蒸汽流速加大而过早的出现淹没现象。冷凝器放热的好坏取决于冷凝器的表面与空气之间的放热系数。
管壳、冷凝器尺寸及工质充装量等，一般由专业的热棒制造厂确定。
热棒的埋设深度主要以被处治的构造物的基础埋深和地基弱化深度为依据。一般为多年冻土人为上限以下1.0至2.5米。
热棒的间距主要是根据其制冷的有效半径确定的。目前我国三个厂家生产的热棒功率基本相等，根据在青藏公路、青藏铁路的使用情况，其有效半径在2米左右，依据对地基处治的要求不同，热棒的间距一般为有效半径的1.0至2.5倍。

附录五 碎石路基设计参数与要求
片（块）石、碎石路基已经在青藏公路、青藏铁路多年冻土区路基中应用，并取得良好效果。碎石路基主要是基于多孔介质中空气自然对流原理，利用天然冷源使片块石、碎石路基温度场持续降低，从而达到使多年冻土区路基稳定性增强的目的，是一种较好的冷却路基并值得推广的工程措施。
要达到良好的对流效果，碎石路基中孔隙率是一个关键参数，为使碎石孔隙率保持在一定范围，防止施工期间将碎石碾压成粉碎。因此，碎石的压碎值也是一个关键参数。
当采用碎石料填作为路基填料时，碎石粒径应在0.15-0.20或0.20-0.25米范围内，其空隙率不宜小于25%，压碎值不大于25%，碎石层厚度不小于1.20米，并在碎石层上顶面和下底面设置一层双向土工格栅或透水土工布。
片、块石料填作为路基填料时，片、块石最小边长宜大于15cm，其空隙内不得充填碎石或其它杂物，层厚度不小于1.20米，要求下层粒径大，上层粒径小，并在上顶面设置一层双向土工格栅或透水土工布。
附录六 冻土融土的热物理参数
冻融土的热物理参数可根据土的类型和土的物理指标——干密度和含水量——从表6-1至6-5中查取。
表6-1 草炭质粘土计算热参数取值表
（Kg/m3）

（%）
W
（KJ/m3•℃）
（W/m•℃）
（m2/h）

an•103
af•103
400
30
50
70
90
110
130
903.3
1237.9
1572.4
1907.0
2241.6
2756.1
710.9
878.2
1045.5
1212.8
1380.1
1547.3
0.13
0.19
0.23
0.29
0.35
0.41
0.13
0.22
0.37
0.53
0.72
0.88
0.50
0.52
0.54
0.56
0.57
0.57
0.62
0.92
1.26
1.59
1.87
2.06
500
30
50
70
90
110
130
1129.1
1547.3
1965.5
2383.7
2801.9
3220.1
890.8
1099.9
1309.0
1518.1
1727.2
1936.3
0.17
0.24
0.32
0.41
0.49
0.56
0.17
0.31
0.51
0.74
1.00
1.24
0.54
0.56
0.59
0