本发明公开了一种冻土区路基保温结构、施工方法及应用，在路基的上方铺设砂垫层，砂垫层的上方喷涂聚氨酯保温层或摊铺聚氨酯碎石混合料层，聚氨酯保温层或聚氨酯碎石混合料层的上方铺设土工布，土工布的上方铺设砂/碎石垫层，砂/碎石垫层的上方设置道砟；路基的两侧边坡喷涂聚氨酯保温层或摊铺聚氨酯碎石混合料层，聚氨酯保温层或聚氨酯碎石混合料层的上方铺设土工布，土工布的上方铺设砂/碎石垫层；其用于治理季节性冻土区铁路路基冻胀融沉病害。本发明的路基保温结构及施工方法具有较好的保温隔热功能，能减轻外部大气温度变化对路基内部冻结层的影响，有利于缓解路基的冻胀融沉问题，从而可有效的保持的轨道线路的平顺性。