淺談我國北方凍土地區(qū)橋梁施工要點(diǎn)

成小紅

(山西省呂梁公路分局離石公路管理段)

1 北方凍土地基特性

(1)凍脹性。大氣溫度變化會改變土壤中水分含量，致使土壤體積發(fā)生變化(收縮或膨脹)，土體膨脹又稱凍脹，是指土體凍結(jié)過程中，土體中水結(jié)冰，體積膨脹引發(fā)的自然現(xiàn)象;收縮又稱凍土融化。土體含水量、土體密實(shí)、土體埋深及土顆粒粒徑等是影響土體凍脹性的主要因素。而凍土地基凍脹性對橋梁穩(wěn)定性造成了嚴(yán)重的威脅。

(2)凍脹力。當(dāng)凍土中水分凍結(jié)時(shí)，在封閉的體系中會產(chǎn)生擴(kuò)張內(nèi)應(yīng)力;在開放的體系中水滲入土壤顆粒，并將土顆粒隔離凍結(jié)產(chǎn)生的力就是凍脹力。該力主要作用于地基表面，若工程結(jié)構(gòu)物上的附加荷載及重量難以與之平衡，在凍脹力的作用下結(jié)構(gòu)物極易變形，毀壞工程結(jié)構(gòu)物。根據(jù)力的作用方向及部位，可將其分為水平凍脹力、切向和法向凍脹力。平等作用于基礎(chǔ)側(cè)表面的力，稱水平凍脹力;垂直作用于基礎(chǔ)側(cè)表面的力，稱法向凍脹力;垂直作用于基礎(chǔ)底面的凍脹力，稱切向凍脹力。凍土區(qū)基礎(chǔ)上的主要作用力系就是切向凍脹力，設(shè)計(jì)時(shí)如考慮不周，基礎(chǔ)側(cè)表面極易受切向凍脹力影響上拔變形，直至破壞。

(3)融沉性。橋梁自身重力壓密作用下，融化的凍土隨著土體水分的消散而逐漸下沉，也就是凍土融沉性。該過程既是冰變水體積減小的過程，也是孔隙中水排泄、消散的過程，凍土融沉性受土內(nèi)含冰密度、粒度成份、孔隙水消散等因素的影響。

2 大膽假設(shè)細(xì)心分析

就以代表性較強(qiáng)的濕潤地段鉆孔灌注為模型進(jìn)行分析，假設(shè)樁直徑1 m，樁長20 m，并針對研究對象特點(diǎn)，可視其為軸對稱問題，試驗(yàn)計(jì)算樁側(cè)、樁底界面各取在水化熱凍土下限與凍土熱繞動范圍外，模型半徑10 m、深度30 m 就可達(dá)到建筑穩(wěn)定習(xí)慣要求。

低溫早強(qiáng)混凝土，水化水泥放熱快，且傳熱速度弱，因此可進(jìn)行混凝土初期澆筑絕熱溫升處理，并將此時(shí)的溫度作為計(jì)算初始溫度。7 ～12 d 是混凝土的主要放熱期，放熱范圍，這也意味著混凝土入膜后的7 ～12 d 是其水化熱加溫過程。設(shè)定混凝土絕熱溫升為初始條件有利于增強(qiáng)混凝土凝結(jié)后強(qiáng)度。

3 樁基礎(chǔ)施工技術(shù)

3.1 前期準(zhǔn)備

施工前仔細(xì)了解凍土知識及相應(yīng)細(xì)則和規(guī)范;首先，核對施工設(shè)計(jì)文件，全面調(diào)查橋梁施工地質(zhì)并加以核實(shí)，如有必要還可進(jìn)行地質(zhì)勘探;其次，合理選擇機(jī)械類型，認(rèn)真做好相關(guān)配套工作，施工機(jī)械要選擇適應(yīng)北方的高效機(jī)械，做好功率降效準(zhǔn)備;其次，根據(jù)工程進(jìn)度，提前儲備施工材料;最后在基巖或穩(wěn)定土層上設(shè)置測量控制樁，并利用混凝土加以防護(hù)，以度過凍融季節(jié)，埋藏深度要在天然上限兩倍以上，在控制樁的四周回填粗粒土，防止因凍融引發(fā)的樁位變動。

3.2 凍土區(qū)施工方法及工藝技術(shù)

在北方凍土區(qū)開展橋梁架設(shè)工程，鉆機(jī)的選擇十分重要，通過以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，旋挖鉆機(jī)較為適用于樁基施工打孔;工程先期測量放樣，確定基樁位置。保證樁位橫縱偏差在10 cm之內(nèi)，并設(shè)置前后左右四個(gè)護(hù)樁，便于樁中心、標(biāo)高的及時(shí)檢測。采用以填代挖的方式進(jìn)行鉆孔場地布置，以避免挖掘引起熱擾動。聚苯乙烯泡沫塑料隔熱板具有良好的散熱功能，可用于鉆機(jī)底座散熱，減少地基土熱能入侵。

在做好以上工作之后，就是護(hù)筒的埋設(shè)，護(hù)筒不僅具有保護(hù)端口，維護(hù)正常鉆孔作業(yè)外，還能有效降低凍土拔力。護(hù)筒埋設(shè)主要施工方法:護(hù)筒埋藏深度應(yīng)在凍土上限之上，根據(jù)具體設(shè)計(jì)要求在護(hù)筒外表面涂抹渣油，以減少水蝕護(hù)筒表面，將凍土對樁基拔力將至最低。5、6 mm 厚的鋼板是護(hù)筒的最佳卷制材料，護(hù)筒內(nèi)徑要大于樁徑，差值以15 ～20 mm為宜;常年凍土區(qū)一般以上限以下0.5 m 以上為最佳埋設(shè)深度;涂抹渣油的護(hù)筒埋設(shè)方式有別以往埋設(shè)方式。穩(wěn)定性較好的土體，且沒有地表水的，鉆機(jī)定位后，應(yīng)首先選用直徑大護(hù)筒一級的螺旋鉆頭鉆探，孔深過凍土上限以下0.5 m 即可進(jìn)行護(hù)筒安放。謹(jǐn)記護(hù)筒安放前外其外表面凃滿油。放好后用渣油拌粗粒土回填護(hù)筒外側(cè)和孔壁間的縫隙并夯實(shí)。

成孔、混凝土灌注前，要對孔深、孔底質(zhì)量和孔深進(jìn)行自己檢查。并用籠式探孔器進(jìn)行成孔孔形和孔徑。

根據(jù)北方特殊環(huán)境進(jìn)行鋼筋籠的焊接、加工及安裝，并滿足下列:采用預(yù)熱閃光對焊或閃光→預(yù)熱→閃光焊工藝的鋼筋接長。端面整齊平整的鋼筋，應(yīng)采用預(yù)熱閃光焊，不夠平整的，要采用閃光→預(yù)熱→閃光焊工藝。

凍土區(qū)的工程設(shè)計(jì)有別于其他地區(qū)，具有一定的特殊性。雖然經(jīng)過多年的研究實(shí)踐解決了凍土工程的系列問題，但仍有許多凍土區(qū)橋梁施工問題尚待解決，仍需我們不斷努力，提高凍土區(qū)橋梁工程施工質(zhì)量。

4 結(jié)束語

本文對多年凍土區(qū)橋梁施工方法和施工工藝、工程質(zhì)量提高措施、施工問題等問題進(jìn)行研究，以提高凍土區(qū)橋梁工程架設(shè)質(zhì)量，增強(qiáng)地基穩(wěn)固性，為我國北方凍土地區(qū)的橋梁架設(shè)提出建設(shè)性的意見。

［1］ 曹鳳民. 凍土區(qū)橋梁樁基施工工藝及方法［J］. 交通世界(建養(yǎng).機(jī)械)，2011，(5).

［2］ 金會軍，李述訓(xùn)，王紹令，等. 氣候變化對中國多年凍土和寒區(qū)環(huán)境的影響［J］. 地理學(xué)報(bào)，2000，(2).