淺談凍土地區(qū)樁基特性及施工工藝

李輝華，李慶超

河南德馨高速公路有限公司，河南 商丘 476000

我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)的進(jìn)步帶動(dòng)著公路工程向縱深方向延伸。由于我國地形復(fù)雜，在山區(qū)丘陵河流地帶修建公路橋梁對施工技術(shù)無疑提出了更高的挑戰(zhàn)。橋梁工程是交通工程的樞紐，工程質(zhì)量的好壞施工技術(shù)是關(guān)鍵。高原凍土是我國交通工程施工中常遇到的施工環(huán)境，我國克服世界性技術(shù)難題，成功修建了貫穿中東西三部的交通大動(dòng)脈并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。受自然條件的影響，多年凍土地區(qū)橋梁由于地基的凍融作用，往往會(huì)產(chǎn)生各種質(zhì)量病害，在施工的過程中很難克服。為圓滿完成工程施工，確保工期和質(zhì)量、合理控制工程造價(jià)，在施工的過程中，要立足于專業(yè)化、機(jī)械化、標(biāo)準(zhǔn)化施工，重點(diǎn)工序重點(diǎn)安排，特殊部位特殊考慮，并結(jié)合工期和工程實(shí)際進(jìn)行統(tǒng)籌，盡量做到現(xiàn)場布置合理，方案切合實(shí)際，施工組織科學(xué)。

在凍土地區(qū)施工，需要克服很多的技術(shù)性難題，在施工的過程中，機(jī)器、技術(shù)人員、機(jī)械作業(yè)等都會(huì)給凍土帶來一定的熱量，這些熱量由熱源逐漸向周圍凍土傳播，破壞凍土的穩(wěn)定凍結(jié)狀態(tài)，從而影響工程的地基，導(dǎo)致樁的承載力嚴(yán)重下降，凍土的凍結(jié)強(qiáng)度降低，直接影響施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。以下對凍土地區(qū)的樁基特性及施工技術(shù)作以簡要闡述，以便優(yōu)質(zhì)高效安全的完成工程。

1 凍土地基特點(diǎn)

1.1 融沉性

凍土的融沉性是指凍土在融化的過程中，土體受溫度變化的影響，由自然狀態(tài)的冰轉(zhuǎn)化成水，在轉(zhuǎn)化的過程中，土體受自重壓密的作用下產(chǎn)生下沉。發(fā)生這種變化不僅由于水與冰的物理性質(zhì)差異，在轉(zhuǎn)化的過程中體積減小，土體孔隙比減小，同時(shí)土體內(nèi)融化產(chǎn)生孔隙水的消散與排泄，凍土的融沉性受多種因素的影響，但主要與凍土的含冰量密度、粒度成分及孔隙水的消散等因素有關(guān)。

1.2 凍脹力

地基土凍結(jié)時(shí)，在開放體系與封閉體系會(huì)產(chǎn)生不同的力?？紫端_放體系中侵入推開土顆粒并凍結(jié)所產(chǎn)生的力，凍土在封閉體系中水分凍結(jié)體積擴(kuò)張的內(nèi)應(yīng)力，稱為凍土的凍脹力。凍脹力主要作用于基礎(chǔ)表面，當(dāng)工程結(jié)構(gòu)物的附加荷載和重量之間產(chǎn)生不平衡時(shí)，結(jié)構(gòu)物便會(huì)發(fā)生凍脹變形，嚴(yán)重時(shí)將對結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生巨大的破壞。根據(jù)凍脹力作用于基礎(chǔ)表面的方向、部位的不同可以對凍脹力作不同的分類，主要有以下幾種劃分：水平凍脹力、切向凍脹力和法向凍脹力。

1.3 凍脹性

凍土地基受長年自然冰凍的影響產(chǎn)生凍脹性，這是影響工程結(jié)構(gòu)物尤其是橋梁工程樁基穩(wěn)定性的重要因素。處理不當(dāng)或施工技術(shù)達(dá)不到一定的標(biāo)準(zhǔn)將對工程質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。在自然界中，土體中的水分產(chǎn)生相變，受大氣溫度變化的影響，從而土體積收縮或膨脹。收縮現(xiàn)象，稱為凍土融化，膨脹現(xiàn)象，稱為土體的凍脹。在溫度的影響下，土體內(nèi)的水分逐漸凍結(jié)成冰，體積膨脹引起自身物理性質(zhì)的變化。土體的凍脹性受多種因素的影響，但綜合來講主要因素有：土體埋深、土顆粒粒徑、土體含水量、土體密度等。

2 計(jì)算模型及基本假設(shè)

1）在施工前要預(yù)先進(jìn)行模型計(jì)算和基本假設(shè)，這是保證施工有計(jì)劃進(jìn)行的重要保證，以便在遇到問題時(shí)能夠及時(shí)采取對策。在混凝土灌注入模初期，受自身物理性能的影響，其水化放熱速度比較快，這時(shí)候把澆注初期的混凝土進(jìn)行絕熱溫升處理，可以有效平衡傳熱速度?；炷林饕?周到12天時(shí)間內(nèi)完成放熱，凝土入模后7d～12d 內(nèi)放出絕大部分水化熱使其升溫，計(jì)算中混凝土的初始溫度宜采用混凝土絕熱溫升的溫度；

2）根據(jù)施工環(huán)境具體安排施工器械，組織施工步驟，本文以我國凍土地區(qū)中具有代表性的濕潤性地段為研究對象，針對中橋樁基礎(chǔ)的鉆孔灌注樁進(jìn)行分析，該工程樁長為20m，樁直徑為1m。經(jīng)初步的試驗(yàn)性計(jì)算，樁底和樁側(cè)界面應(yīng)分別取凍土下限和水化熱對凍土熱撓動(dòng)范圍外限。

3 施工工藝和方法

3.1 鉆機(jī)選擇

選擇鉆機(jī)要根據(jù)施工的具體需要合理選取，最大限度的保證施工的需求，在樁基施工時(shí)宜采用旋挖鉆機(jī)成孔施工工藝，有效推進(jìn)施工進(jìn)度。

3.2 施工準(zhǔn)備

做好施工前的準(zhǔn)備工作是保證工程順利推進(jìn)的重要保證前提，首先進(jìn)行先測量放樣，確定各樁的位置和深度，樁的縱橫允許偏差≤±5cm，保證施工的安全性在樁的前后左右設(shè)置護(hù)樁，同時(shí)有利于隨時(shí)檢測標(biāo)高和樁中心。鉆孔場地為減少對原地表開挖引起的熱擾動(dòng)在布置時(shí)盡量以填代挖。

3.3 埋設(shè)護(hù)筒

按設(shè)計(jì)要求將護(hù)筒埋入凍土上限以上一定深度，并外表面涂以渣油，增強(qiáng)其耐腐蝕性，施工完畢后對護(hù)筒予以保留，這樣有力于減小凍土對樁基礎(chǔ)上拔力，同時(shí)減少外表面的親水程度。護(hù)筒材質(zhì)要適當(dāng)，一般采用5mm～6mm厚的鋼板卷制。鉆機(jī)就位后，首先對地表穩(wěn)定性狀況進(jìn)行勘測，當(dāng)?shù)乇硗练€(wěn)定性較好，沒有地表水時(shí)，鉆機(jī)鉆孔一般先用比護(hù)筒直徑大一級別的螺旋鉆頭施鉆，鉆至凍土上限以下〉0.5m深度后停鉆。安放護(hù)筒前，將護(hù)筒外側(cè)涂滿渣油，用渣油拌制的粗粒土將護(hù)筒孔壁與外側(cè)所形成的空隙填密實(shí)。

3.4 鉆機(jī)就位

采用自動(dòng)化系統(tǒng)對預(yù)制安裝好的鉆機(jī)就位，開鉆作業(yè)前，應(yīng)調(diào)整位置、機(jī)架桿垂直度，防止因鉆桿晃動(dòng)引起增加孔底虛土及擴(kuò)大孔徑。

3.5 鉆機(jī)鉆孔

鉆進(jìn)過程中，根據(jù)地質(zhì)情況的差異選用合適的鉆頭。旋挖鉆進(jìn)是利用旋挖鉆頭旋轉(zhuǎn)切入土體，同時(shí)利用旋挖鉆頭鉆桿頂?shù)囊簤厚R達(dá)往下壓，土被擠入料斗中，再提出孔外，直接裝入自卸汽車。

4 結(jié)論

綜上所述，凍土工程無論是設(shè)計(jì)還是施工都有不同于一般地區(qū)的特殊性，通過施工實(shí)踐可知，我們還有一些問題亟待解決，凍土地區(qū)工程的耐久性還需進(jìn)一步去實(shí)踐驗(yàn)證。由于作者能力有限，文章中寫作的不到之處望行業(yè)同仁多多指正，今后亦會(huì)時(shí)刻保持積極探索不斷進(jìn)取的精神，加強(qiáng)相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)，爭取為我國凍土施工技術(shù)研究方面做出更大成果。

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