技术领域
[0001] 本发明涉及路基结构技术领域，尤其涉及一种用于多年冻土地区的路基修筑方法及路基。
相关背景技术
[0002] 多年冻土(又称永久冻土)，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层，甚至可达数万年的土层。多年冻土在地球上主要分布在俄罗斯和加拿大。我国多年冻土面积主要分布在东北、北部山区、西北高山及青藏高原地区。
[0003] 多年冻土可分为上下两层，上层为夏融冬冻的活动层，下层为多年冻结层。在多年冻土地区的修筑的道路，冻土在受到气候变暖影响或者人为影响时，多年冻土局部融化，冻土上部覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷，会导致路面产生严重变形；在气温降低时，路面下冻土中聚集的水变成冰导致该处体积增大，又会产生冻胀翻浆、路面开裂的道路危害现象。
具体实施方式
[0063] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0065] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0066] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0067] 冻土地区常见的道路破坏现象有：融沉、冻胀、翻浆及路面损坏等。
[0068] 1)融沉
[0069] 融沉是冻土地区路基的主要病害之一，一般多发生在含冰量大的6584粘性土地段，当路基基底的多年冻土上部或路堑边坡上分布有较厚的地下冰层时，由于地下冰层埋藏较浅，在施工及运营过程中各种人为因素的影响下，使多年冻土局部融化，上覆土层在土体自重和外力作用下产生沉陷，造成路基的严重变形。这种变形表现为路基下沉，路堤向阳侧路肩及边坡开裂、下滑，路堑边坡溜坍等。融沉主要与下列因素有关：
[0070] ①路基的高度
[0071] 路堤的修建、路面的铺筑改变了原表面的水热交换条件，并引起基底土层压缩等一系列变化。这些变化在一定条件下使上限下降，道路的修建则增加了热阻，是有利于上限上升的因素。当路堤很低时，热阻小，故使上升的因素弱于使上限下降的因素，因而上限一般是下降。随着路堤高度的增加，使上限上升因素的作用也随之增强。当这一因素的作用增加至等于或大于使上限下降的作用时，就会导致路堤下上限不变或上升。这样就存在这样一个路堤高度，当上限大于这一路基高度时，上限将上升；而小于这一高度时，上限将下降。这一高度称为临界高度。当采用保护冻土原则在冻土区筑路时，必须保证实际路堤高度大于临界高度。但并非路堤高度越高越有利于保护冻土。在高温冻土区，夏季施工的路堤其高度超过一定值时，会在堤身内形成融土核，造成地下冰融化，而使路堤下沉。
[0072] ②路基填料
[0073] 不同的土质有不同的热性能、含水和导水能力，对道路的热状况的影响是不言而喻的。细粒土作填料时，一般填筑比较紧密，空隙度小、空气充量小，基本上是以土颗粒本身进行热传导，热传导的速度比较慢，而以岩块的碎块石、卵石土及粗粒土等填筑时，一般空隙度较大，空气在空隙中易产生对流，因而增强了热传导性能，夏季易于吸热，冬季易于放热，使热源能量传递较深。
[0074] ③排水条件
[0075] 路堤建成后改变了地表和地下水的径流条件。当排水措施不当时会产生路堤过水和堤侧积水现象。其后果往往是地下冰融化，路基下沉甚至发生突陷。
[0076] ④路面
[0077] 路面的铺筑，特别是黑色路面的铺筑，由于路面的吸热和封水作用，冻土原有的水热交换平衡遭到破坏，从而导致道路发生融沉的可能性增大。
[0078] 2)冻胀翻浆
[0079] 冻胀是冻土区筑路时需要考虑的另一重要病害现象，道路中防冻层设计不当时，给水的循环留下了通道，产生了水的聚集，加上水变成冰体积增大，道路的冻胀就不可避免的发生。春融期间，上部开始融化，而下部继续冻结或停止冻结，形成不透水层。上部土层过多的水无法及时的排出，造成土基软弱，强度急剧降低，在车辆荷载的作用下，路面便发生了弹簧、断裂、鼓包等翻浆现象。
[0080] 3)路面裂缝
[0081] 路面裂缝是多年冻土地区沥青路面中最常见的病害之一。路面裂缝从外观表露形式上可以分为纵向裂缝、横向裂缝和网裂等。在我国寒冷地区路面裂缝是非常常见的现象。
[0082] 产生路面纵、横向裂缝原因有：
[0083] ①气候严寒引起的收缩开裂，这多表现为横向裂缝；
[0084] ②冻土路基的融沉，冻土地区因路基的修建而改变了原有的热平衡，在路面的吸热作用下，热量不断向下传递而引起冻土地基的沉陷；
[0085] ③路基的冻胀变形；
[0086] ④路基的承载力降低，包括翻浆、排水设施不完善和压实不够；
[0087] ⑤半刚性基层的反射裂缝等。
[0088] 随着寒冷地区公路建设项目的不断增加，冻土地基的保护与道路冻胀翻浆的防治成为新的技术难题。我国对于冻土的处理主要有3种方式：保护冻土不融化、控制融化速度、加速冻土的融化。泡沫轻质土是新开发的材料，具有导热系数小、抗冻融性能好、强度高、工艺简单、施工速度快的特点，可将其应用于路基修筑来控制冻土的融化速度。
[0089] 本发明提供一种用于多年冻土地区的路基修筑方法，其包括如下步骤：
[0090] 依据所要修建公路的公路等级，确定所需泡沫轻质土的容重等级和抗压强度等级；
[0091] 依据所述所要修建公路所在地区的多年冻土季节融化层冻胀性等级和泡沫轻质土的所述容重等级，确定路基中隔热层的标准厚度；
[0092] 在修路位置处铺设防渗土工布，在铺设好的防渗土工布上浇筑泡沫轻质土，并在泡沫轻质土初步凝固后再次浇筑泡沫轻质土，以此循环浇筑泡沫轻质土直至泡沫轻质土所形成的隔热层的厚度达到所述标准厚度；其中，每次浇筑的泡沫轻质土层厚度≤30cm；
[0093] 在隔热层上部修筑填土，在填土的两侧分别修筑阳面保温护道和阴面保温护道。
[0094] 其中，泡沫轻质土具有孔隙率高，保温性能好的特点，常规单层浇筑厚度为0.3m～1.0m，浇筑后内部水化热积热长时间无法有效散发，降低多年冻土天然上限，因此本发明以每次小于等于30cm的厚度多次浇筑，使水化热及时散去。与多年冻土直接接触的一层采用低水化热泡沫轻质土可减少水化热对多年冻土天然上限的影响，提高浇筑后路基的稳定性。多年冻土区路堤设计不宜清除地表植被，当遇粉土、粉砂、泥炭、沼泽等地表软弱层时，应采取有效措施进行地表处理，有效措施包括但不限于换填、抛石挤淤等。
[0095] 多年冻土季节融化层的冻胀性分级应符合现行《多年冻土地区公路设计与施工技术规范》(JTG/T 3331‑04)的有关规定。合适性能参数的泡沫轻质土的选用以及隔热层的标准厚度本领域人员可依据行业标准或者自身经验确定，本发明下文中也提出了确定方法。
[0096] 所述依据所要修建公路的公路等级，确定所需泡沫轻质土的容重等级和抗压强度等级的步骤，包括：
[0097] 若所述公路等级为高速公路或一级公路，且路基用于轻、中等及重交通，则路基中路床所采用的泡沫轻质土的所述容重等级大于等于W6且小于W8；所述抗压强度等级大于等于CF1.2；
[0098] 若所述公路等级为高速公路或一级公路，且路基用于特重、极重交通，则路基中路床所采用的泡沫轻质土的所述容重等级大于等于W6且小于W8；所述抗压强度等级大于等于CF1.4；
[0099] 若所述公路等级为高速公路或一级公路，则路基中的上路堤和下路堤采用的泡沫轻质土的所述容重等级大于等于W5且小于W7；所述抗压强度等级大于等于CF1.0；
[0100] 若所述公路等级为二级公路或二级以下等级，则路基中路床所采用的泡沫轻质土的所述容重等级大于等于W6且小于W8；所述抗压强度等级大于等于CF1.0；
[0101] 若所述公路等级为二级公路或二级以下等级，则路基中上路堤和下路堤所采用的泡沫轻质土的所述容重等级大于等于W5且小于W7；所述抗压强度等级大于等于CF0.8。
[0102] 在所述在修路位置处铺设防渗土工布之前，所述方法还包括：
[0103] 采用容重等级大于等于W4且小于W6，抗压强度大于等于CF0.6的泡沫轻质土在所述修路位置处进行地基土置换，形成地基；
[0104] 所述在修路位置处铺设防渗土工布，包括：
[0105] 在所述地基上铺设防渗土工布。将以上数据整理成表格形式，见表1。
[0106] 表1多年冻土区泡沫轻质土性能指标
[0107]
[0108] 泡沫轻质土重度由其内部孔隙率控制，孔隙率越高，重度越低，轻质土保温隔热性能越好；重度越高，泡沫轻质土抗压强度一般也越高。多年冻土地区温度变化剧烈，对轻质土耐久性提出了更高的要求，考虑到轻质土抗压强度衰减及保温隔热性能，上表提出的容重等级不宜过低也不宜太高。
[0109] 依据所述所要修建公路所在地区的多年冻土季节融化层冻胀性等级和泡沫轻质土的所述容重等级，确定路基中隔热层的标准厚度，包括：
[0110] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅲ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W5，则所述隔热层的所述标准厚度为120cm；
[0111] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅲ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W6，则所述隔热层的所述标准厚度为140cm；
[0112] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅲ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W7，则所述隔热层的所述标准厚度为160cm；
[0113] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅳ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W5，则所述隔热层的所述标准厚度为150cm；
[0114] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅳ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W6，则所述隔热层的所述标准厚度为170cm；
[0115] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅳ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W7，则所述隔热层的所述标准厚度为190cm；
[0116] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅴ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W5，则所述隔热层的所述标准厚度为180cm；
[0117] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅴ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W6，则所述隔热层的所述标准厚度为200cm；
[0118] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅴ级，所采用的泡沫轻质土的容重等级为W7，则所述隔热层的所述标准厚度为220cm。
[0119] 将以上数据整理成表格形式，见表2。
[0120] 表2多年冻土区泡沫轻质土保温隔热层厚度表
[0121]
[0122] 若隔热层中采用了不同容重等级的泡沫轻质土，所述隔热层的标准厚度值采用加权平均法确定。
[0123] 所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第二隔热层位于所述第一隔热层的上方，所述第一隔热层的浇筑步骤为：
[0124] 先在所述防渗土工布上浇筑第一层7～13cm厚的泡沫轻质土，初凝后开始浇筑第二层17～23cm厚的泡沫轻质土，初凝后开始浇筑第三层27～33cm厚的泡沫轻质土，并且将镀锌钢丝网布置到第三层泡沫轻质土内；
[0125] 在浇筑第二隔热层中最上层的泡沫轻质土时，在第二隔热层中最上层的泡沫轻质土内布置镀锌钢丝网，在第二隔热层的上方铺设一层垫砂层；
[0126] 所述第一隔热层所采用的泡沫轻质土的水化热低于第二隔热层采用的泡沫轻质土的水化热。第一隔热层直接与冻土接触，采用低水化热泡沫轻质土，并且先薄层浇筑，尽量减少水化热对冻土的影响。
[0127] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅲ级，则先在修路位置处挖出一个深度在50～70cm范围的凹槽，然后在凹槽的底部和边坡上铺设防渗土工布，再浇筑泡沫轻质土；
[0128] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅳ级，则先在修路位置处的两侧挖出深度为100～120cm，宽度不小于60cm的沟槽，然后在两沟槽之间铺设防渗土工布，再浇筑泡沫轻质土；
[0129] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅴ级，则先在修路位置处的两侧挖出深度为150～200cm，宽度不小于60cm的沟槽，然后在两所述沟槽之间铺设防渗土工布，再浇筑泡沫轻质土。
[0130] 上述沟槽用以作为隔热墙，避免路基下面的冻土受到附近冻土温度变化的影响，进一步保护路基。
[0131] 所述阳面保温护道和所述阴面保温护道分别覆盖所述第一隔热层的两侧，所述阳面保温护道覆盖所述第二隔热层最底层的泡沫轻质土层的一侧。
[0132] 高路基边坡两侧的太阳辐射、地表湍流等地表与大气之间热交换条件不同，使路基当中的地温分布状态在阴阳坡两侧表现出较大的差异，这一现象无论在高温冻土区还是低温冻土区都同样存在。阴阳坡的热差异将会带来路基两侧不平衡的冻融状态，可能导致纵向裂缝、不均匀沉降等道路病害。在青藏高原海拔高、日照长、太阳辐射强烈、大气透明度高的自然环境下，不同坡向导致路基两侧坡面吸热不对称性十分明显，造成路基两侧基底下冻土上限变化的显著差异，严重影响路基的稳定性。
[0133] 对此本发明中路基两侧坡面保温护道的修筑方法：
[0134] 若多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅲ级，则阳面保温护道宽度≥300cm，厚度≥100cm；阴面保温护道宽度≥200cm，厚度≥60cm；
[0135] 若当多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅳ级，则阳面保温护道宽度≥250cm，厚度≥150cm；阴面保温护道宽度≥150cm，厚度≥120cm；
[0136] 若当多年冻土地区的季节融化层冻胀等级为Ⅴ级，则阳面保温护道宽度≥250cm，厚度≥150cm；阴面保温护道宽度≥150cm，厚度≥120cm。
[0137] 此外，本发明还提供一种用于多年冻土地区的路基，其包括路基主体，所述路基主体包括隔热层，所述隔热层包括第一隔热层和第二隔热层，所述第一隔热层设置在所述第二隔热层的下方，所述第一隔热层的水化热低于所述第二隔热层，所述第二隔热层上设有砂垫层，所述第一隔热层的下方附有一层防渗土工布，所述路基主体上覆盖有填土，所述路基主体的两侧分别设有阳面保温护道和阴面保温护道；
[0138] 所述第一隔热层包括若干层泡沫轻质土层，所述第一隔热层内的最上层的泡沫轻质土层内设有镀锌铁丝网；所述第二隔热层包括若干层泡沫轻质土层，所述第二隔热层内的最上层的泡沫轻质土层设有镀锌铁丝网；
[0139] 所述第一隔热层的两侧分别位于所述阳面保温护道和所述阴面保温护道内，所述第二隔热层的最下层的泡沫轻质土层的一侧位于阳面保温护道内；
[0140] 所述阳面保温护道的宽度≥250cm，高度≥100cm，所述阴面保温护道的宽度≥150cm，高度≥60cm。
[0141] 一、验证路基中隔热层保温隔热效果的试验
[0142] 1、保温隔热路基结构设计
[0143] 季冻区宜采用填方路基，参照《路基路面工程》(第五版)，《公路路基设计规范》(JTG D30‑2015)，《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》(JTGT D31‑06‑2017)按城市主干道对路基进行设计：
[0144] (1)路基顶面宽度为22m，半幅路基宽11m。
[0145] (2)填方路基高度采用1.5m，路基边坡坡率采用1：1.5。
[0146] (3)按特重交通荷载等级设计，路面结构层厚60cm，从上到下为10cm厚沥青混凝土面层，50cm厚复合基层。
[0147] (4)路面结构层下设一定厚度的泡沫轻质土(FCB)保温隔热层。
[0148] (5)对于大面积填土来说，在传热过程中，其影响深度为填土厚度的7.2倍，因此，此处地基土取10.8m深，采用普通路基填土。
[0149] (6)路基对边坡10m以外的天然土的影响很小，所以地基的宽度取两侧各10m。
[0150] 确定的路基模型如图4所示，图中长度单位为cm。
[0151] 2、试验方案设计
[0152] 考虑到季节冻土路基不宜在冰冻期施工，假定保温隔热路基在10℃时施工完成，利用有限元(ABAQUS CAE6.14)模拟分析，模拟工程竣工后360天冻融循环周期内，路面下不同深度处的温度场的分布，分析探究：①不同厚度保温隔热层对路基温度场的影响；②不同气候条件下对保温隔热路基温度场的影响。
[0153] (1)参考点的设置
[0154] 为精确的研究多种因素对保温隔热路基温度场的影响，在路面下不同深度处设置A、B、C、D、E五个参考点，距离保温隔热层顶面的距离分别为0m、0.5m、1.0m、2.0m、3.0m，参考点的设置如图5所示。
[0155] (2)试验方案
[0156] 1)试验方案一：不同厚度保温隔热层对路基温度场的影响
[0157] 保温隔热层选用容重等级为W6的泡沫轻质土(FCB)来进行分析，分别设置保温隔热层的厚度为0m、0.3m、0.5m，来分析路面下五个参考点的温度随时间变化的情况，试验方案如表3所示。
[0158] 表3保温隔热层厚度对路基温度场的影响实验方案
[0159]
[0160] 2)试验方案二：不同气候条件下对保温隔热路基温度场的影响
[0161] 保温隔热层厚度设置为0.5m，选用容重等级为W6的泡沫轻质土，分别设置三个不同的气候条件，气候条件如图6所示，来分析路面下五个参考点的温度随时间变化的情况，试验方案如表4所示。
[0162] 表4气候条件对保温隔热路基温度场的影响试验方案
[0163]
[0164]
[0165] 3、试验结果
[0166] (1)不同厚度保温隔热层对路基温度场的影响
[0167] 按试验方案一来探究不同保温隔热层厚度对路基温度场的影响，本试验采用W6容重等级的泡沫轻质土(FCB)保温隔热层，分别设置0m、0.3m、0.5m厚三个组别，模拟工程竣工过后360天内路基中温度场的变化情况，以前文设置的分别距保温隔热层顶面0、0.5、1、2和3m的A、B、C、D和E五个参考点为温度监测点，做出5个参考点随外界气温变化的温度曲线图，如图7所示。
[0168] 从图7可以看出，保温隔热层越厚，路面下不同深度处的温度变化越小，温度曲线越趋于平缓，50cm厚的保温隔热层已基本满足路基下常年温度为正的要求。评判保温隔热层的效果主要从两个方面考虑：①保温隔热层下的路基填土在冬季的最低温度应接近于0℃；②保温隔热层下的路基填土在冻融循环作用下温度场应趋于稳定，且温度年较差较小。针对年内最低温度和温度年较差这两个指标，从图7中提取不同深度处年内最低温度值和最高值，并计算温度年较差，绘制出1年内最低温度曲线图(图8)及温度年较差曲线图(图
9)。
[0169] 从图8以及图9中可以看出：①设置保温隔热层后，保温隔热层上部和底部的温差非常大，保温隔热层厚0m时，距离功能层顶面0m和0.5米深处温差只有3℃，保温隔热层厚0.3m时，保温隔热层上下表面温差达到16℃，保温隔热层厚0.5m时，上下表面温差超过20℃，说明泡沫轻质土(FCB)保温隔热层起到了很好的保温隔热效果；②保温隔热层改善负温的效果非常显著，保温隔热层厚0m时，路面下参考点最低温在‑17.3～‑5.2℃之间，保温隔热层厚0.3m时，保温隔热层下参考点最低温在‑4.3～‑0.1℃之间，保温隔热层厚0.5m时，保温隔热层下参考点最低温在‑1.9～1.1℃之间；③保温隔热层越厚，路基内的温度变化越小，越稳定，保温隔热层厚0m时，路面下参考点温度年较差在21.4～46.1℃之间，保温隔热层厚0.3m时，保温隔热层下参考点温度年较差在13～23.5℃之间，保温隔热层厚0.5m时，保温隔热层下参考点温度年较差在10.8～19.1℃之间。
[0170] (2)不同气候条件对路基温度场的影响
[0171] 按试验方案二来探究不同气候条件对保温隔热路基温度场的影响，本试验采用三个不同的气候条件，气候条件1温度范围为‑25～35℃，气候条件2温度范围为‑15～25℃，气候条件3温度范围为‑5～15℃。模拟工程竣工过后360天内路基中温度场的变化情况，以前文设置的分别距保温隔热层顶面0、0.5、1、2和3m的A、B、C、D和E五个参考点为温度监测点，做出5个参考点随外界气温变化的温度曲线图，如图10所示。
[0172] 从图10可以看出，气候条件对保温隔热路基温度场的影响很大，最低气温越低，路面下不同深度处的温度变化越大，温度变化曲线越陡峭。针对年内最低温度和温度年较差这两个指标，从图10中提取不同深度处年内最低温度值和最高值，并计算温度年较差，绘制出1年内最低温度曲线图(图11)及温度年较差曲线图(图12)。
[0173] 从图8及图9中可以看出，气候条件1下，保温隔热层下最低温度有部分零下，而其他两个气候条件下保温隔热层下常年保持正温，最低气温越低，保温隔热层下温度年较差也越大，这是因为气候条件1的最低温度较低，且气温
[0174] 年较差最大，具体温度特征值如表5所示。
[0175] 表5不同气候条件下路基温度特征值
[0176]
[0177] 4、试验总结
[0178] 本发明结合现行规范及资料对保温隔热路基设计进行试验，模拟工程竣工后360天冻融循环周期内，路面下不同深度处的温度场的分布，重点研究分析了不同厚度保温隔热层对路基温度场的影响、不同气候条件下对保温隔热路基温度场的影响，模拟工后360天内路基内的热力状况，探究影响保温隔热路基温度场稳定性的因素，得出如下2点重要结论：
[0179] (1)泡沫轻质土(FCB)保温隔热路基可以用于季节冻土路基的冻害防治，为一种性能优秀的路基隔热层材料。
[0180] (2)保温隔热层的厚度、外界气候条件均会对路基中的温度场产生影响，且有如下规律：①保温隔热层厚度越大，路基内温度场越稳定；②
[0181] 外界气温年较差越低，保温隔热路基内的温度场越稳定。
[0182] 二、保温隔热层厚度分析
[0183] 前文的研究可以看出，路基中的温度值随着深度增加而逐渐增高，当保温隔热层底部的最低温度在0℃时，路基中其余各部位温度都大于0℃。因此，对保温隔热层底部进行温度监测，当底部最低温度接近0℃时，即为保温隔热层的最小厚度。
[0184] 对大兴安岭、新疆乌鲁木齐两个地区保温隔热路基分别设置W6～W10容重等级的保温隔热层，用有限元软件ABAQUS CAE6.14对保温隔热层底部进行温度监测，来探究出每个容重等级最小的保温隔热层厚度。
[0185] 1、重冻土区保温隔热层厚度分析
[0186] W6～W10容重等级保温隔热层底部温度监测图如图13，研究结果如表6所示：
[0187] 表6大兴安岭地区最小保温隔热层厚度
[0188]
[0189] 从表6中可以看出，由于大兴安岭地区冬季持续时间较长且最低温度超过‑40℃，需要设置较厚的保温隔热层才能有效的改善路基下负温状况，W6～W10容重等级的保温隔热层厚度范围为120～250cm，满足自立稳定性厚度范围，保温隔热层底部温度年较差在12.0～14.8℃之间，较为稳定。
[0190] 因此，大兴安岭W6～W10容重等级的保温隔热层厚度范围为120～250cm。
[0191] 2、中冻土区保温隔热层厚度分析
[0192] W6～W10容重等级保温隔热层底部温度监测图如图14，研究结果如表7所示：
[0193] 表7乌鲁木齐地区最小保温隔热层厚度
[0194]
[0195] 从表7中可以看出，相对于大兴安岭地区，乌鲁木齐地区保温隔热层的最小厚度要更小一些，W6～W10容重等级的保温隔热层厚度范围为50～110cm，保温隔热层底部温度年较差在18.9～19.7℃之间，较为稳定。应对小于50cm的保温隔热层厚度进行修正，以满足自立稳定性及经济技术性，保温隔热层厚度修正为100～110cm。
[0196] 因此，乌鲁木齐W6～W10容重等级的保温隔热层厚度范围为100～110cm。
[0197] 发明人依据上述试验方法在重冻土区的适当区域进行保温隔热层厚度试验分析，可得出季节融化层冻胀等级Ⅳ～Ⅴ级的环境下的保温隔热层厚度最小值；依据上述试验方法在中冻土区的进行保温隔热层厚度试验分析，可得出季节融化层冻胀等级Ⅲ级的环境下的保温隔热层厚度最小值，最终得出本发明中表2多年冻土区泡沫轻质土保温隔热层厚度表中的数据。
[0198] 发明人在我国昆仑山高原平台K207‑终点段，海拔介于4900‑5250m之间，土地环境主要为少冰冻土～多冰冻土，局部有富冰冻土的冻土地区进行了试验，在该地区依据本发明所提供的方法修建了200m长的泡沫轻质土试验路段，该试验路段于2021年10月完工，距今经历了两个冻融循环年，该路面肉眼未见路面融沉、冻胀翻浆和开裂现象，证明本发明所涉及的方法具有极高的实用价值。
[0199] 以季节融化层冻胀等级Ⅲ级的环境条件为例，本发明的实施步骤为：
[0200] ①挖除地面线以下60cm范围内的土，形成凹槽。
[0201] ②在凹槽底部及两侧边坡铺设防渗土工布8。
[0202] ③浇筑10cm厚的低水化热泡沫轻质土，等待初凝。
[0203] ④浇筑20cm厚的低水化热泡沫轻质土，等待初凝，初凝后铺设镀锌铁丝网7。
[0204] ⑤浇筑30cm厚的低水化热泡沫轻质土，等待初凝，完成第一隔热层6的浇筑。
[0205] ⑥浇筑30cm厚的泡沫轻质土，泡沫轻质土伸入阳面保温护道，等待初凝。
[0206] ⑦浇筑30cm厚的泡沫轻质土，其内铺设镀锌铁丝网，等待终凝，完成第二隔热层5的浇筑，同时也完成隔热层的浇筑。
[0207] ⑧在最上一层泡沫轻质土顶部铺设10‑15cm厚度的砂垫层4。
[0208] ⑨填筑路基及上部结构，填土1覆盖隔热层修筑路基主体，在路基主体两侧修筑阳面保温护道3和阴面保温护道2，阳面保温护道3宽度不小于300cm，厚度不小于100cm；阴面保温护道2宽度不小于200cm，厚度不小于60cm。
[0209] 采用的泡沫轻质土的性能指标参数和隔热层的厚度参考表1和表2确定，修建完成后的路基断面示意图如图1所示。
[0210] 以季节融化层冻胀等级Ⅳ级的环境条件为例，本发明的实施步骤为：
[0211] ①清除修路位置处的表土。
[0212] ②在其两侧开挖深度为100‑120cm，宽度不小于60cm的沟槽9。
[0213] ③地表铺设防渗土工布8。
[0214] ④沟槽9内及地表以上10cm高度内浇筑低水化热泡沫轻质土，低水化热泡沫轻质土伸入阴阳两面保温护道的预留位置处，等待初凝。
[0215] ⑤浇筑20cm厚的低水化热泡沫轻质土，低水化热泡沫轻质土伸入阴阳两面保温护道的预留位置处，等待初凝。
[0216] ⑥浇筑30cm厚的低水化热泡沫轻质土，低水化热泡沫轻质土伸入阴阳两面保温护道的预留位置处，其内铺设镀锌铁丝网，等待初凝，完成第一隔热层6的浇筑。
[0217] ⑦浇筑30cm厚的泡沫轻质土，泡沫轻质土伸入阳面保温护道的预留位置处，等待初凝。
[0218] ⑧浇筑30cm厚的泡沫轻质土，等待初凝。
[0219] ⑨浇筑30cm厚的泡沫轻质土，其内铺设镀锌铁丝网，等待终凝，完成第二隔热层5的浇筑，同时也完成隔热层的浇筑。
[0220] ⑩在最上一层泡沫轻质土顶部铺设10‑15cm厚度的砂垫层4。
[0221] 填筑路基及上部结构，填土1覆盖隔热层修筑路基主体，在路基主体两侧修筑阳面保温护道3和阴面保温护道2，阳面保温护道3宽度不小于250cm，厚度不小于150cm；阴面保温护道2宽度不小于150cm，厚度不小于120cm。
[0222] 采用的泡沫轻质土的性能指标参数和隔热层的厚度参考表1和表2确定，修建完成后的路基断面示意图如图2所示。
[0223] 以季节融化层冻胀等级Ⅴ级的环境条件为例，本发明的实施步骤为：
[0224] ①清除修路位置处的表土。
[0225] ②在其两侧开挖深度为150‑200cm，宽度不小于60cm的沟槽9。
[0226] ③地表铺设防渗土工布8。
[0227] ④沟槽9内及地表以上10cm高度内浇筑低水化热泡沫轻质土，低水化热泡沫轻质土伸入阴阳两面保温护道的预留位置处，等待初凝。
[0228] ⑤浇筑20cm厚的低水化热泡沫轻质土，低水化热泡沫轻质土伸入阴阳两面保温护道的预留位置处，等待初凝。
[0229] ⑥浇筑30cm厚的低水化热泡沫轻质土，低水化热泡沫轻质土伸入阴阳两面保温护道的预留位置处，其内铺设镀锌铁丝网7，等待初凝，完成第一隔热层6的浇筑。
[0230] ⑦浇筑30cm厚的泡沫轻质土，泡沫轻质土伸入阳面保温护道的预留位置处，等待初凝。
[0231] ⑧浇筑30cm厚的泡沫轻质土，等待初凝。
[0232] ⑨浇筑30cm厚的泡沫轻质土，等待初凝。
[0233] ⑩浇筑30cm厚的泡沫轻质土，其内铺设镀锌铁丝网7，等待终凝，完成第二隔热层5的浇筑，同时也完成隔热层的浇筑。
[0234] 在最上一层泡沫轻质土顶部铺设10‑15cm厚度的砂垫层4。
[0235] 填筑路基及上部结构，填土1覆盖隔热层修筑路基主体，在路基主体两侧修筑阳面保温护道3和阴面保温护道2，阳面保温护道3宽度不小于250cm，厚度不小于150cm；阴面保温护道2宽度不小于150cm，厚度不小于120cm。
[0236] 采用的泡沫轻质土的性能指标参数和隔热层的厚度参考表1和表2确定，修建完成后的路基断面示意图如图3所示。
[0237] 本发明提供了一种用于多年冻土地区的路基修筑方法及路基，采用了泡沫轻质土作为路基中的隔热层，泡沫轻质土的导热系数仅为传统隔热路基填料的20％左右，泡沫轻质土相比于传统路基隔热填料具有导热系数小、抗冻融性能好的特点，利用泡沫轻质土制作路基中的隔热层，可以充分的隔绝冻土使其免受外界温度变化的影响，控制路基范围内的冻土融化速度，保护冻土上限，避免冻土融化变软、或者结冰膨胀，最大限度的避免路面产生路基融沉、冻胀翻浆和使路面开裂的病害程度。本发明中的泡沫轻质土隔热层采用薄层多次浇筑的方式，使每次浇筑后泡沫轻质土产生的水化热都可以及时散去，避免产生大量水化热对冻土造成影响。由于泡沫轻质土具有导热系数小、抗冻融性能好、强度高的特点，采用本发明所涉及的方法修筑的路基填筑高度低于一般的路基填筑高度，减少了路基对当地自然环境的影响。基于泡沫轻质土较强的隔热性能，配合不同的高度和宽度的阳面保温护道和阴面保温护道，可以平衡路基两侧阴阳面的吸热，避免了路基因吸热不均匀而造成的纵向融沉。
[0238] 以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
