为解决目前寒区路基冻胀病害难以根除和缺少冻胀灾后抢险措施的难题，设计了一种寒区路基地源热泵系统。结果表明：路基热泵宜采用直接膨胀式换热形式，实体装置可以自动化地输出40、 50、 60℃等不同水平供热温度，制热系数大于3.0,实现对地热能的高效收集、转化与传递。热泵运行第1、 5、 10 d的热作用半径分别达到0.76、 1.64、 2.30 m。案例模拟表明，在天然条件下路基中心冻结深度为0.89 m;而在人工供热条件下，冻结深度减小至0.2 m以内，土体升温幅度和热扩散范围随供热温度的提高而增大。实际应用中，面向冻胀快速解冻与应急抢险时，热泵沿路基纵向间距宜取2.0～4.0 m,供热容量设计为1.0～2.0 kW。
针对季节性冻土区路基冻害问题,提出引入人工供热技术,构建新型主动供热式路基。在对比各类热源技术特征与资源条件的基础上,设计与制作一款路基专用地源热泵型供热装置。装置采用直接膨胀式换热形式,换热器为小直径螺旋盘管,便于机械化钻孔布设与"孤岛"运行,通过模型试验研究其制热性能及能效性影响规律。结果表明,季节性冻土区的地热能利用具有良好的技术性和资源性条件,装置在冬季的供热温度可达50℃以上,吸热温度可达-10℃以下。土体热扩散率与升温幅度随着与热泵距离的增大而减小,日均有效制热系数(COP)先增大、后减小,最大COP可达4.16。热泵制热性能受到供热段土体温度的显著影响,环境温度对其影响不显著,供热性能稳定。面向单线铁路路基快速解冻抢险时,建议热泵布置间距取1.5 m～3.0 m,供热容量宜设计为0.6 kW～1.8 kW,长期运行时应合理控制启停时间比例与供热温度水平。
