在我国东北、西北等季节性冻土广泛分布地区，路基冻胀问题严重影响着道路工程的长期使用性能和安全。石灰基材料凭借其独特的工程特性，在控制季节性冻土路基冻胀方面展现出巨大潜力。本文通过理论分析、室内试验与现场监测相结合的方法，系统研究了石灰改良土在冻融循环条件下的物理力学性能演变规律，揭示了其抑制冻胀的内在机理，并提出了相应的应用技术体系。
（一）季节性冻土路基冻胀机理分析
季节性冻土区路基冻胀是水分、土质、温度等多因素耦合作用的结果。在冻结过程中，土中水分向冻结锋面迁移并结晶，产生体积膨胀，形成冰透镜体。这种相变膨胀力可高达2-5MPa，足以破坏土体结构。冻胀变形具有显著的不均匀性，导致路面出现波浪、鼓包、裂缝等病害。研究表明，冻胀量主要受土质特性、含水率、冻结速率和荷载条件影响，其中细粒土含量高、含水率大、无荷载或轻荷载区域冻胀最为严重。
（二）石灰改良土的抗冻胀机理
石灰改良土抗冻胀主要通过三个机制实现：一是离子交换与絮凝作用。石灰中的Ca²⁺置换土粒表面的Na⁺、K⁺等一价离子，降低双电层厚度，促进细颗粒凝聚成团，增大孔隙尺寸，减少毛细作用，从而削弱水分迁移能力。二是胶结强化作用。石灰与土中活性成分发生火山灰反应，生成水化硅酸钙等胶结物，增强土颗粒间连接力，提高土体抵抗冻胀变形的能力。三是孔隙结构调整。石灰改良使土体孔隙分布向大孔径方向转移，降低冻结过程中的水分迁移驱动力。室内冻胀试验表明，6%石灰掺量可使典型粉质黏土的冻胀率从8.5%降至2.1%。
（三）材料设计与配合比优化
针对不同冻胀敏感性的土质，需采用差异化的石灰改良方案。对于高冻胀性黏土，石灰掺量宜控制在5%-8%，并适当延长养护时间至14天以上，确保火山灰反应充分进行。对于含有机质的冻土，需提高石灰掺量至8%-12%，或采用生石灰利用其发热干燥作用。配合比优化试验显示，添加2%-4%的粉煤灰或矿渣可显著改善改良土的后期强度与抗冻耐久性。三轴冻融试验结果表明，最优配合比的石灰改良土经历10次冻融循环后，强度保留率可达85%以上。
（四）施工关键技术要点
季节性冻土区石灰改良施工需把握以下关键技术：一是施工季节选择，应在夏秋季土壤温度较高时进行，避免在临近冻结期施工。二是含水率控制，宜略低于最优含水率1%-2%，预留石灰消解用水。三是分层压实，每层压实厚度不超过20cm，压实度达到96%以上。四是保温养护，在初冬来临前完成施工并采取覆盖保温措施，防止早期冻害。
（五）工程应用案例分析
在黑龙江省某国道路基冻害治理工程中，采用石灰-粉煤灰复合改良技术处理深度1.2m，配合比石灰:粉煤灰:土=6:15:79。施工后连续三个冬季的监测数据显示，处理路段最大冻胀量仅为15mm，远低于相邻未处理路段的85mm。路面平整度指标保持在优良水平，无明显的波浪变形和裂缝。经济分析表明，虽然初期投资较传统砂垫层法增加约25%，但养护费用降低60%以上，全寿命周期成本节约超过30%。
（六）长期性能监测与评估
建立长期性能监测体系对评估改良效果至关重要。建议在典型断面埋设温度、水分和变形传感器，监测冻融过程中土体内部状态变化。通过至少5年的连续观测，积累不同气候年型下的性能数据。评估指标应包括冻胀量、融沉量、强度衰减率和路面服务水平等。内蒙古某试验路的10年监测数据显示，石灰改良路基的冻胀速率逐年减缓，第10年冻胀量仅为第1年的60%，表明改良效果具有持续性和稳定性。
（七）技术经济与环境效益
石灰改良技术处理季节性冻土路基具有良好的技术经济性。与传统换填法相比，可节约砂石材料60%-80%，降低运输能耗约50%。环境效益显著，减少取土场和弃土场占用，保护表土资源。改良后的路基使用寿命可从8-10年延长至15-20年，大大减少养护作业频率和交通干扰。生命周期评估表明，石灰改良方案的全过程碳排放仅为传统方案的40%-50%。
（八）结论与展望
石灰基材料通过改变土体结构、抑制水分迁移、增强胶结力等机制，有效控制季节性冻土路基冻胀。优化配合比、精细化施工和长期养护是保证改良效果的关键。未来研究应着重于：开发适用于不同地区气候条件的标准化改良方案；研究石灰改良土在冻融循环与荷载耦合作用下的长期性能演变规律；探索与相变材料、隔热材料等新型材料的复合应用技术；建立基于性能的设计方法与评估体系。随着技术进步和工程经验积累，石灰基材料必将在季节性冻土区道路建设中发挥更大作用。
