哈大客運(yùn)專線CFG樁及樁間土防凍脹措施研究

張先軍，李新樂

(1.哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，沈陽(yáng) 110002;2.大連民族學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 大連 116600)

哈大客運(yùn)專線CFG樁及樁間土防凍脹措施研究

張先軍1，李新樂2

(1.哈大鐵路客運(yùn)專線有限公司，沈陽(yáng) 110002;2.大連民族學(xué)院 土木建筑工程學(xué)院，遼寧 大連 116600)

哈爾濱至大連鐵路客運(yùn)專線采用CFG樁進(jìn)行地基處理，由于哈大客專地處嚴(yán)寒地區(qū)，為保證進(jìn)入冬季之前剛灌注的CFG樁成樁質(zhì)量，采取冬季施工措施，使CFG樁及樁間土順利過冬期，本文對(duì)覆蓋土法、覆蓋保溫材料法進(jìn)行了對(duì)比，推薦使用覆蓋玉米桿保溫法，介紹了該方法的施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)。

CFG樁 樁間土 保溫

1 工程概況

哈大(哈爾濱至大連)客運(yùn)專線DK883+226.22—DK885+889.53段路基所經(jīng)過的哈爾濱地區(qū)屬中溫帶亞濕潤(rùn)季風(fēng)氣侯區(qū)，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，年平均氣溫4.4℃～8.4℃，極端最低氣溫 －39.9℃ ～ －32.8℃，最大積雪厚17～30 cm，最大凍結(jié)深度185 cm。

客運(yùn)專線DK883+226.22—DK885+889.53里程段路基的施工單位2007年8月23日進(jìn)場(chǎng)，2007年10月10日開始施工，在氣溫低于5℃時(shí)采取冬季施工措施以保證混凝土的灌注質(zhì)量［1］，其中 DK885+450.00—DK885+889.53段 CFG樁于11月20日施工完成，其他區(qū)段部分完成，期間已進(jìn)入冬季施工階段，為保證CFG樁及樁間土加固地基效果，需要對(duì)剛施工完成的CFG樁及樁間土采取防凍脹措施。

2 防凍脹措施比較

凍土深度會(huì)影響已施工完成的CFG樁和后續(xù)工程的開展，為了避免剛施工且未達(dá)到強(qiáng)度的CFG樁因低溫影響成樁質(zhì)量，減少凍土解凍時(shí)間，降低凍土影響，保證來(lái)年在氣溫回升時(shí)各項(xiàng)工程能夠及時(shí)地開展，在今年溫度還未降至最低點(diǎn)且地面的土壤受凍不太嚴(yán)重的情況下，必須對(duì)路基地面采取相應(yīng)的保溫防凍措施。

土壤的保溫方法有很多種［2-3］，通常情況下有覆蓋土法、覆蓋保溫材料法。結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和環(huán)境，如要做到投資少、方便實(shí)用、就地取材等優(yōu)點(diǎn)，施工單位首選覆蓋保溫材料法，覆蓋材料選用玉米桿?，F(xiàn)對(duì)覆土法和覆蓋玉米桿法進(jìn)行比較。

2.1 3種保溫方法比較

為保證CFG樁及樁間土的保溫防凍效果，首先需通過計(jì)算確定浮土法和覆蓋玉米桿法的相關(guān)參數(shù)［4］。

無(wú)保溫措施的土壤凍結(jié)情況計(jì)算，根據(jù)未保溫的土壤凍結(jié)深度H=kΣ tT，其中，k為系數(shù)，一般取0.09～0.12，本文取 0.105［5］，t為土壤凍結(jié)的天數(shù);T 為土壤凍結(jié)期間每天平均零下氣溫，℃，取正號(hào)，根據(jù)哈爾濱地區(qū)氣溫規(guī)律，土壤凍結(jié)的天數(shù)t取137 d。在這段時(shí)期內(nèi)，每天的平均氣溫約為 －10.5℃，即 T=10.5。因此，H=0.105×137×10.5=151 cm。

考慮下雪后積雪厚度為30 cm，積雪保溫影響厚度為45 cm。累計(jì)最大保護(hù)深度為199 cm。覆蓋過程中凍土深度按151 cm進(jìn)行考慮。

覆蓋土(松土、密實(shí)土)及玉米桿的厚度計(jì)算，為了保證土壤不受凍，在確定所選覆蓋材料后，再確定覆蓋厚度也是至關(guān)重要的，覆蓋太薄就不能起到保溫防凍作用，覆蓋太厚則浪費(fèi)。

土壤的保溫防凍所需的保溫層厚度 h=H/β，H為未保溫的土壤凍結(jié)深度，β為各種材料對(duì)土壤凍結(jié)影響系數(shù)，松土可取1.2，密實(shí)土取1.0，玉米桿取1.4;則可計(jì)算出松土覆蓋厚度h=151/1.2=126 cm;密實(shí)土覆蓋厚度h=151/1.0=151 cm;玉米桿覆蓋厚度h=151/1.4=108 cm。

2.2 結(jié)果分析

通過上述計(jì)算，選用覆蓋玉米桿保溫所需的厚度是最小的。覆蓋玉米桿除了需要的數(shù)量少外，相比覆蓋土具有如下優(yōu)點(diǎn)：①價(jià)格便宜，能夠就地取材，哈爾濱地區(qū)主要的農(nóng)作物為玉米，因此玉米桿的數(shù)量完全可以滿足保溫需要，且價(jià)格便宜，可以直接從田地中就近運(yùn)到路基上，運(yùn)距短且方便。如果用土則需要從取土場(chǎng)遠(yuǎn)運(yùn)至路基，價(jià)格高且數(shù)量不一定能滿足要求。②覆蓋、清理方便，由于玉米桿質(zhì)量小，覆蓋時(shí)只需要人工搬運(yùn)即可，也可進(jìn)行第二次利用。如果覆蓋土則需要挖掘機(jī)、推土機(jī)及運(yùn)輸車配合施工，同時(shí)來(lái)年施工時(shí)，在清理覆蓋土?xí)r也需要相應(yīng)的機(jī)械配合。③利于環(huán)境保護(hù)，玉米桿在清理后只需要稍加清掃就可以進(jìn)行下步施工，不會(huì)造成環(huán)境污染，而覆蓋土則是作為棄土處理，如果不加以處理就很容易破壞當(dāng)?shù)丨h(huán)境。

因此，冬期對(duì)地面進(jìn)行保溫防凍時(shí)，覆蓋玉米桿是很好的選擇。

3 覆蓋玉米桿保溫法的施工方法及工藝流程

選定了所覆蓋的材料后，馬上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工。具體施工過程見圖1。

1)場(chǎng)地清理。將施工現(xiàn)場(chǎng)清理平整、干凈?，F(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械設(shè)備要撤出覆蓋區(qū)域或集中擺放到指定的區(qū)域，以免給施工帶來(lái)不便。

2)測(cè)量定位。在現(xiàn)場(chǎng)清理完成后，安排測(cè)量人員定出CFG樁邊樁位置，用白石灰做標(biāo)記。

3)鋪設(shè)第一層塑料薄膜。按照所做的標(biāo)記開始鋪設(shè)塑料薄膜(俗稱“藍(lán)膜”)，鋪設(shè)時(shí)在橫向和縱向兩側(cè)各增加2 m，保證覆蓋到位。如需要搭接時(shí)，搭接的寬度不少于50 cm，搭接處用土壓實(shí)。

4)鋪設(shè)玉米桿。塑料薄膜鋪設(shè)完成后，就開始鋪設(shè)玉米桿。玉米桿鋪設(shè)時(shí)不能隨意丟撒，要按照順序一層層擺好，保證玉米桿銜接好。

5)鋪設(shè)第二層塑料薄膜。玉米桿鋪設(shè)完后，在其上鋪設(shè)第二層塑料薄膜，必須要保證第二層和第一層之間要互相搭接，再用土壓緊，形成一個(gè)封閉式整體，利于保溫。

6)覆蓋土層。該土層是用來(lái)壓住第二層塑料薄膜，防止因風(fēng)力或其他因素導(dǎo)致薄膜被吹走或破壞，降低了保溫效果。施工工藝示意圖見圖2。

7)溫度測(cè)量。在整個(gè)工序完成后，為了檢測(cè)該項(xiàng)保溫措施是否能夠起到實(shí)質(zhì)性的作用，可在玉米桿覆蓋段中每50 m安放一溫度計(jì)，每天早、中、晚分三次記錄外界和保溫層內(nèi)的溫度，以便及時(shí)對(duì)保溫措施加以改進(jìn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過2008年4月初揭開玉米稈保溫層后對(duì)已施工的CFG樁進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)所有已經(jīng)施工的 CFG樁都有效地避免了因凍結(jié)引起的強(qiáng)度降低和耐久性指標(biāo)降低的現(xiàn)象，經(jīng)按0.5%取樁頭2 m進(jìn)行強(qiáng)度及電通量檢驗(yàn)，全部指標(biāo)能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

圖1 覆蓋玉米桿保溫法施工工藝流程

圖2 CFG樁及樁間土防凍工藝示意

采用玉米稈保溫法能避免剛施工且未達(dá)到強(qiáng)度的CFG樁因凍結(jié)影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性，同時(shí)避免了覆土法在來(lái)年春天必須挖除近2 m的凍結(jié)土層的缺點(diǎn)，保證來(lái)年在氣溫回升時(shí)CFG樁后序工作能夠順利銜接，確保了哈大客運(yùn)專線工期。

［1］客運(yùn)專線鐵路路基工程編寫組.客運(yùn)專線鐵路路基工程施工技術(shù)指南使用手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

［2］哈大客專質(zhì)量控制手冊(cè)編寫組.哈大客專路基工程施工質(zhì)量控制手冊(cè)［R］.沈陽(yáng)：哈大客運(yùn)專線有限公司，2007.

［3］閆明禮，陳東剛.CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.

［4］江正榮.建筑施工計(jì)算手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

［5］王連俊，姜龍，丁桂伶，等.高速鐵路 CFG樁施工工藝及質(zhì)量控制研究［J］.鐵道建筑，2009(7)：88-92.

TU472.3+2

B

1003-1995(2011)03-0083-02

2010-10-20;

2010-12-20

張先軍(1971— )，男，山西晉城人，高級(jí)工程師，博士。

(責(zé)任審編 王 紅)