国道218线那拉提至巴仑台段公路项目多年冻土路基处治技术研究报告

　　摘要

　　国道218线那拉提至巴仑台段公路(以下简称"那巴项目")是新疆跨越天山山脉的重点高等级公路工程。项目线路在查汗努尔达坂段穿越岛状分布的多年冻土区，累计长度12.205km。该区域冻土类型复杂，以多冰、富冰、饱冰冻土及含土冰层为主，地温介于-0.5℃~-1.0℃，属高温不稳定冻土，融沉风险极高。既有G218老路因冻土融沉已产生严重病害，为本项目的设计与施工提出了严峻挑战。

　　为确保新线长期安全稳定，项目组基于"全寿命周期"理念，坚持"保障稳定、提高效率、减少养护"的原则，通过综合勘察、专家咨询、方案比选与动态优化，形成了一套集"科学勘察、分类处治、技术创新、系统防护"于一体的多年冻土路基综合处治技术体系。本申报材料系统梳理了该技术体系的关键技术、核心措施、实施方案及创新成果，为类似地质条件下的高等级公路建设提供重要的技术参考和工程示范。

　　一、 项目概况与工程难点

　　1.1 项目背景

　　国道218线那拉提至巴仑台段公路项目是新疆"十四五"重点交通建设项目，采用双向四车道一级公路标准，设计速度山岭区80km/h、平原区100km/h。项目全长约215.457km，其中平原微丘区123.522km(占57%)，山岭重丘区91.935km(占43%)。

　　1.2 多年冻土概况

　　(1)分布特征：多年冻土主要分布于查汗努尔达坂段K452+300-K494+000范围内，位于NBTZ-7、NBTZ-8施工标段。冻土呈岛状分布，施工图路线穿越多年冻土路段共计12.205km。

　　(2)冻土类型：以多冰、富冰、饱冰冻土及含土冰层为主，其中少冰冻土2.15km(占17.62%)，多冰冻土3.79km(占31.1%)，富冰冻土3.045km(占24.95%)，饱冰冻土0.19km(占1.56%)，含土冰层3.03km(占24.83%)。

　　(3)地温特征：地温多在-0.5℃~-1.0℃左右，属于高温不稳定冻土区，对路基稳定性有严重影响。

　　(4)既有道路病害：既有G218线穿越多年冻土段落路面破坏严重，分布大量横缝、纵缝、块裂、龟裂、车辙、坑槽、沉陷等病害，与冻土融沉直接相关。

　　二、 关键技术体系

　　2.1 精细化综合勘察技术体系

　　采用"高密度电法+地质雷达+钻探+地温监测+室内试验"的综合勘察手段。勘探点按60-250m加密布设，钻孔深度穿透冻土层且不小于8m，详细记录冻土的颜色、有机质含量、颗粒组成、冻土构造、含冰特征等物理指标，精准探明了多年冻土的分布范围、上限深度(1.7~4.3m)、最大深度(40m)、地温特征及含冰类型，为处治方案设计提供了精确数据支撑。

　　2.2 基于全寿命周期的分类处治决策技术

　　确立"绕避优先，主动防护"的分级分类处治策略： 桥梁跨越技术：对层厚大于3m的饱冰、富冰冻土及含土冰层段落，采用桥梁跨越，从根本上规避冻土融沉风险。 特殊路基处治技术：对层厚小于3m的少冰、多冰、富冰冻土段落，以及受纵坡限制无法设桥的局部路段，采用路基形式通过，配套高效处治措施。 2.3 片块石主动冷却路基技术

　　作为本项目应用最广泛(共计4.593km)的路基通过方案，该技术利用块石层孔隙的空气对流("热半导体"效应)和隔热作用，降低传入地基热量，保护多年冻土。针对高填、低填、挖方等不同路基形式，制定了差异化的双层片块石结构(下层1.0m厚20cm粒径，上层0.4m厚10cm粒径)，结合砂砾垫层、土工布、保温护坡道等，形成集"主动降温、防水排水、保温隔热"于一体的复合路基结构。

　　2.4 轻质泡沫混凝土创新应用技术

　　在疆内首次将该技术应用于高等级公路冻土路基处治：

　　(1)在K469+440-K469+938段设置498m试验段，验证不同厚度(60cm、80cm、100cm、120cm)泡沫混凝土的应用效果。

　　(2)应用于桥头路基加强处理，利用其轻质性(减少地基附加应力)、保温性和整体性，降低地基承载力要求，减少工后不均匀沉降，缓解桥头跳车。

　　2.5预应力高强混凝土管桩(PHC)复合地基处治技术

　　预应力高强混凝土管桩(PHC)复合地基以刚性桩体穿透软弱融沉层、桩端嵌入稳定角砾层和花岗岩层，将上部荷载直接传递至可靠持力层，可消除冻融软化与压缩固结变形，适用于本项目沉降控制严格、地质条件复杂的冻土区路基病害治理。

　　通过预应力高强混凝土管桩(PHC)复合地基处治，可处治高含水率软弱角砾层与季节性冻土融沉带来的沉降风险，刚性桩体不受水侵软化与冻融循环影响，复合地基承载力高、工后沉降极小、长期稳定性可靠，能够为公路提供持久稳固的路基支撑，满足项目长期安全运营需求。

　　三、 实施方案与核心措施

　　3.1 科学选线与结构物优化

　　施工图阶段对路线方案进行充分优化，对绝大部分(12.205km中约7.612km)冻土路段采用"以桥代路"跨越。对8道位于多年冻土区的涵洞进行专项设计。

　　3.2 片块石路基标准化施工工艺

　　(1)填方高度≥3.2m段落：

　　原地表碾压压实

　　铺设30cm砂砾垫层+1层"两布一膜"土工布

　　填筑双层片块石：下层1.0m厚(粒径20cm)，上层0.4m厚(粒径10cm)

　　片块石顶铺设透水土工布+30cm砂砾垫层，后正常填筑

　　(2)填方高度<3.2m段落：

　　上路床常规填筑

　　上路床下部设30cm砂砾+透水土工织物

　　铺设双层片块石：上层0.4m厚(粒径10cm)，下层1.0m厚(粒径20cm)

　　片块石底部设30cm砂砾垫层，用"两布一膜"包裹至原地表，底部设盲沟，坡脚设保温护坡道

　　(3)挖方路段：

　　结构与(2)类似，但"两布一膜"包裹至边沟底部，加强地下水阻隔和排水。

　　3.3 桥头路基专项加强措施

　　对位于冻土路段的12座桥梁桥头路基范围，采用轻质泡沫混凝土进行填筑加强，借鉴嘉绍高速、诸绍高速成功经验，主动控制沉降，改善桥头跳车。

　　3.4 动态优化与专家咨询机制

　　(1)邀请中国科学院寒区旱区环境与工程研究所吴青柏研究员等国内一流专家现场指导;

　　(2)组织设计人员赴青海G0613高速调研学习;

　　(3)召开专题会议与中交一公院等专家研讨，优化方案：保留片块石路基底部"两布一膜"设计(尤其挖方路段防水关键)新增泡沫混凝土加强桥头路基方案，同时在后期新增预应力高强混凝土管桩(PHC)复合地基处治。

　　四、 技术创新点与工程成果

　　4.1 主要技术创新

　　(1)提出了"高温不稳定岛状冻土区桥路协同处治"技术路线，实现了"绕避"与"通过"的有机结合。

　　(2)建立了"填挖高度差异化"的片块石路基设计方法，提高了处治措施的针对性和经济性。

　　(3)在新疆高等级公路中首次系统应用轻质泡沫混凝土处治冻土路基，拓展了该技术的应用场景。

　　(4)形成了"勘察-设计-咨询-优化"的闭环工作模式，确保了方案的科学性和可靠性。

　　4.2经济效益与社会效益

　　(1)通过优化方案，减少了后期养护成本，预计全寿命周期成本降低15%-20%;

　　(2)提高了道路通行安全性和舒适性，改善了区域交通条件;

　　(3)为新疆乃至全国类似冻土区公路建设提供了可复制的技术模板。

　　五、 结论与后续工作建议

　　5.1 主要结论

　　那巴项目针对高温不稳定岛状多年冻土，形成了一套以"精密勘察、桥路协同、主动防护、创新试用"为核心的综合处治技术体系。该体系具有以下特点：

　　(1)科学性：基于翔实勘察数据和专家咨询，方案针对性强;

　　(2)系统性：涵盖勘察、设计、施工、优化各环节，形成技术闭环;

　　(3)创新性：首次在高等级公路中系统应用泡沫混凝土等技术;

　　(4)经济性：全寿命周期成本最优，兼顾安全与效益。

　　5.2 后续研究建议

　　(1)冻土区桩基长期性能研究：建议深入研究多年冻土层内桩基的承载性能演变规律、桩-冻土界面在冻融循环下的变形破坏机制、冻结力与冻土参数的合理取值。

　　(2)建立长期监测系统：建议建立本项目多年冻土路段的长期健康监测系统，对地温、路基变形、桥墩位移等进行实时监控，构建"设计-施工-监测-养护"数据闭环。

　　(3)选线原则深化研究：针对"高温高冰量"不稳定冻土区的"绕避"原则与"低温稳定"冻土区的"通过"原则，开展更系统的经济技术比选研究，明确各自的适用条件和评估标准。

　　(4)新技术持续验证：加强对泡沫混凝土试验段及桥头应用段落的长效性能监测，为该项技术在西北高寒高等级公路中的推广积累数据。

　　附录附录一：主要完成单位与人员

　　1. 申报单位：新疆交通科学研究院有限责任公司

　　2. 技术协作单位：

　　- 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

　　- 交通运输部科学研究院

　　- 中交第一公路勘察设计研究院有限公司

　　- 青海省交通规划设计研究院有限公司

　　3. 主要完成人员：(名单略)

　　附录二：主要参考文献

　　[1] 《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)

　　[2] 《多年冻土地区公路设计与施工技术细则》(JTG/T D31-04-2012)

　　[3] 吴青柏，等. 多年冻土区公路工程关键技术研究[M]. 北京：科学出版社，2018.

　　[4] 青海省交通规划设计研究院. G0613共和至玉树高速公路多年冻土处治技术总结[R]. 2020.