凍土地區(qū)橋梁樁基礎的施工技術

田永全

（中建新疆建工路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

凍土區(qū)公路橋梁的基礎工程往往會由于地基的凍融作用，而產(chǎn)生各種不良的基礎破壞現(xiàn)象，進而影響到橋梁整體安全性和穩(wěn)定性。在我國新疆等寒冷地區(qū)進行公路橋梁樁基礎施工時，凍脹問題是施工的技術難點和重點。在凍土區(qū)域，當橋梁樁基礎入土較淺時，容易因為土基的凍脹而使基礎樁上拔，致使上部橋跨產(chǎn)生不均勻隆起，進而造成各種安全隱患，影響行車甚至發(fā)生交通事故。所以在凍土區(qū)進行公路橋梁樁基礎施工時，必須針對凍脹地基的工程特性來采取合理的措施，進行認真的處理。

1 凍土區(qū)地基的工程特性

1.1 凍脹性

在高寒凍土區(qū)由于受大氣溫度的影響，會導致地基土中的水分產(chǎn)生相變，從而使土的體積發(fā)生膨脹或收縮現(xiàn)象，膨脹現(xiàn)象是由于土體的凍脹而產(chǎn)生的，而收縮則是由于土體的融化而產(chǎn)生的。土體在凍結過程中，水分被凍結成冰，體積會因此而變大。土體的凍脹度往往受土體的埋深、含水量、土顆粒粒徑、土體密度等因素影響。凍土地基的凍脹性，是影響橋梁樁基礎工程穩(wěn)定性的重要因素之一。

1.2 凍脹力

當?shù)鼗猎诜忾]的體系中凍結時，凍土水分在凍結后會由于體積擴張而產(chǎn)生內應力，在開放體系中，孔隙水會侵入到土顆粒中同時產(chǎn)生凍結應力，稱為凍脹力。凍脹力通常作用在基礎的表面，在工程結構物的重量或附加荷載不能夠與其相互平衡時，結構很容易在凍脹力的作用下發(fā)生凍脹變形，甚至出現(xiàn)嚴重的結構物變形或破壞現(xiàn)象。凍脹力在基礎表面作用的部位和方向不同，可分為切向凍脹力、水平凍脹力以及法向凍脹力三種凍脹形式。對公路橋梁樁基礎進行設計時，應該對此考慮周全，以預防各種凍脹力對基礎產(chǎn)生作用，導致其上拔或變形。

1.3 融沉性

在凍土區(qū)當大氣溫度上升，凍土融化時，在自重壓密作用下，會產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，同時孔隙水逐漸流失，這種現(xiàn)象即為凍土的融沉性。凍土的融沉過程，不僅是因為凍土中的冰晶變成水后，體積變小了，還因為在融沉過程中，土體孔隙中的水分消散與下沉，致使土體孔隙變小。融沉性與凍土的粒度成分、冰晶體的含量以及孔隙水率等因素有著密切的關系。

2 凍土區(qū)樁基礎的施工

2.1 施工準備

施工隊伍進場前，應該對凍土的知識及相關處理技術進行認真的學習和嚴格的規(guī)范。橋梁樁基礎施工之前必須對設計文件進行仔細的核對，對橋梁樁基礎施工位置的地質情況進行認真調查和詳細核實，必要時可進行進一步的地質勘察；對施工機械設備進行合理的選擇和配套組合，盡量選擇能夠適應高海拔、高寒地區(qū)作業(yè)的施工機械，同時充分考慮機械的功率問題；結合施工進度安排，做好施工材料的采購及儲備工作，如果在高海拔地區(qū)施工，則必須保證材料供應的充足；將測量控制樁設置在土層結構或基巖相對穩(wěn)定的位置，然后用混凝土進行防護，對于埋入凍土層的控制樁，如果需要跨凍融季節(jié)使用，其埋深應該大于凍結層上限的2倍，樁周應該回填粒徑較粗的土，避免由于凍融而產(chǎn)生樁位偏移。

2.2 鉆機選擇

根據(jù)凍土區(qū)的施工要求及施工經(jīng)驗選擇符合條件的鉆機，從而保證施工的質量及施工進度，在凍土區(qū)進行橋梁樁基礎施工時，應該采用旋挖鉆機來進行鉆孔。

2.3 測量放樣

測量放樣是保證各項施工工序精確進行的前提，放樣時需要確定基礎各樁的樁位，將樁的縱橫誤差控制在5cm范圍內。在樁的周圍設置上護樁，以方便隨時對樁位及標高進行檢測。鉆孔場地應該處理平整，盡量減少對原地表的開挖和熱擾動。在鉆機底部發(fā)動機散熱部位設置上隔熱墊層，從而減少對地基的熱侵入。

2.4 護筒埋設

在凍土區(qū)施工時護筒不僅可保護孔口，避免塌孔，也能有效提高樁基礎對凍土的抗拔力。施工時需要將護筒埋入凍土限以下一定深度，將其外表涂刷上一層渣油，成樁以后不用將護筒拆除，這樣可減少外界水的入侵，降低凍土對樁基礎的上拔力。護筒可采用一定厚度的鋼板制作而成，其內徑和尺寸都應該符合設計要求；在多年凍土區(qū)護筒埋深應在凍土上限以下不小于0.5m；由于護筒表面需要涂刷渣油，所以埋設時應該采取一定的保護措施。當?shù)乇硗恋姆€(wěn)定性較好，且不存在地表水時，在鉆機就位后，可選用比護筒直徑大的螺旋鉆頭鉆進到設計深度，然后安放護筒。放護筒時應該先將外側涂上渣油。護筒外側與孔壁之間的空隙可用渣油拌制的粗粒土進行回填。

2.5 鉆機就位

對鉆機進行固定和調整，鉆孔前，對機架桿垂直度和位置進行調整，對鉆桿的穩(wěn)定性進行檢查，避免鉆進過程中出現(xiàn)大幅晃動。

2.6 鉆進

鉆孔方法有兩種，即干法鉆孔和濕法鉆進。干法鉆孔是指在護筒埋設完成后，進行鉆進。利用旋挖鉆頭鉆桿頂液壓馬達往下壓，使旋挖鉆頭以旋切的方式進入土體，土被擠入料斗中并送出孔外。鉆進時需要結合地質情況來選擇不同的鉆頭；濕作法主要應用于粘性土、砂類土、碎石類等處于地下水位以下的土質區(qū)域。濕法作業(yè)需要拌制泥漿，采用優(yōu)質的粘土配制成泥漿，存入到鋼制的泥漿池當中。鉆孔樁所需要的泥漿不能隨意排放。鉆孔過程中排出的廢渣必須運送到指定地點傾倒；鉆孔時，先低速鉆進，當鉆到護筒下1m后，方可進行正常速度的鉆進。在鉆進過程中需要對泥漿的循環(huán)狀態(tài)進行觀察，保證鉆渣能夠及時排除，同時還需注意土層的變化；當鉆進到設計深度后，可停止鉆進并及時進行清孔，清孔可采用換漿法。將鉆具提高一定高度，鉆頭繼續(xù)旋轉，供漿繼續(xù)；在整個過程中都需要對孔深、孔徑、孔底以及孔壁的情況進行檢查，以確保成樁后的質量。

2.7 鋼筋籠制作

因為在凍土區(qū)施工，所以制作鋼筋籠時應該采用“預熱閃光對焊、閃光→預熱→閃光”的焊接工藝。如果鋼筋端面比較平整，可采用預熱閃光焊，而如果鋼筋端面不平整時則需要采用“閃光→預熱→閃光”的焊接工藝。

2.8 混凝土灌注

在橋梁樁基礎成孔以后，應該及時安放鋼筋籠和灌注混凝土，中間間斷的時間不能過長。如果不能及時灌注，需用鋼板將孔口蓋住，并在上面覆蓋草袋等保溫隔熱材料。由于混凝土輸入凍土時會帶入較多的熱量，對凍土會產(chǎn)生一定的熱擾動，所以要控制好混凝土入孔時的溫度，尤其是在高含冰量的凍土層中，應該盡量將混凝土入模的溫度控制在0～5℃范圍內。在混凝土灌注完成后，應該在樁表面進行保濕覆蓋養(yǎng)生。對于承臺底面高過地面的樁基礎，應該對露出地面的鋼護筒外包裹一層隔熱保溫層進行蓄熱養(yǎng)生。

3 結語

由于凍土區(qū)的橋梁樁基礎很容易受凍脹影響，所以施工時必須采取有效的防治措施，盡量減小凍土對樁壁的凍結力以及凍土的切向凍脹力。在設計時應充分掌握沿線的溫度及溫度變化情況，然后從改善土基填筑材料、提高土基壓實度、設置排水系統(tǒng)、做好保溫措施等方面入手，全面提高橋梁樁基礎的抗凍能力。

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