浅谈冻土地区铁路工程施工

张银山

摘要:分析了冻土的特性以及冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则,指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键,以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结,另外也对冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。

关键词:冻土;铁路;施工技术

多年来国内外在冻土地区修筑铁路有成功的经验,也有失败的教训,但都在不同程度上推动了人们对冻土问题的研究,加深了人们对冻土性质的认识。本文分析了冻土的特性以及冻土地区路基工程和桥涵基础工程所采取的设计原则,指出了施工工艺的正确选择是解决路基施工的技术关键,以及桥涵基础中的明挖基础施工技术进行了研究和总结,另外也对冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。

1 冻土的特性及其对铁路施工的影响

冻土是一种有其特殊性的土体,冻土的特殊性在于冻土的物理特性与稳定密切相关,对温度变化极为敏感且性质不稳定。冻土还与土中含冰量有关,而含冰量又直接与温度有关,它随着温度的升高而减少,造成冻土的力学特性发生巨大变化。冻土在正负温度交替变化过程中水分产生剧烈的相变,伴随产生土体体积的变化,表现在工程建设中就是冻胀和融沉变形。冻土具有的流变性、融沉性和冻胀性对铁路建设影响严重。

由冻土引起的特殊工程地质问题,主要有融沉、冻胀和冰椎、冻胀丘、融冻泥流、热融滑坍、热融湖塘、沼泽湿地、厚层地下冰等不良地质现象。融沉是指冻土融化,使建在冻土区的建筑物地基变形和破坏,主要表现为路基下沉、路基向阳侧边坡和路肩开裂及下滑、路堑边坡溜塌等。冻胀是土体冻结时产生的最重要的物理一力学过程,是因为水由液体变成了固体,体积膨胀增大而产生的,表现为地表的不均匀升高变形。伴随土的冻胀,在建筑基础表面将作用冻胀力,从而产生冻胀变形,严重时将引起建筑物的破坏。在诸多不良冻土地质现象中,对温度变化最为敏感且对铁路路基的修筑影响最大而且不容易绕避的主要是厚层地下冰,其融化时产生大的下沉量会引起工程建筑物的严重变形和破坏。

2 冻土地区路基工程施工原则

对于路基施工而言,保护冻土,控制融化,破坏冻土原则是路基施工应该遵从的原则。

保护冻土原则指应用该原则设计、施工的路基在规定的使用年限内,能保持其热稳定性。即人为上限始终控制在指定的深度范围内,保持其下卧冻土的冻结状态。

控制融化原则是指在设计使用年限内允许所设计的路基基底(或边坡)冻土逐渐完全融化或产生局部融化,而且经融化下沉变形量计算,可以将融化速率和深度控制在路基稳定性所允许的变形范围之内。

破坏冻土原则是指在设计文件中规定在施工过程中将基底(或边坡)冻土融化或清除(全部或达到设计深度),并将融化后的水份疏干。

3 冻土地区的桥涵基础施工技术研究

冻土地区桥涵地基的设计主要要注意保持冻结,允许融化两大原则。桥涵基础施工的重点是拼装式基础施工和现浇基础施工。基础拼装是工序中的一项重点与难点,为了有效的控制基础拼装的正确就位与平整度要求,施工中应着重从以下方面着手:

采用人工配合汽车吊拼装,从入口端开始依次拼装成型;拼装前放出基础的轮廓尺寸,并在构件上标出中心线及吊装顺序的编号,以确保基础的正确就位;垫层顶面严格找平,以确保基础均匀受力,同时做到基础的顶面高差满足设计要求;拼装过程中,为了精确控制基础块的正确就位,技术人员采用经纬仪现场控制每一基础块的就位;为了保证涵节拼装的顺利进行,在基础拼装完成后立即按设计与规范要求进行沉降缝的施工。

高原冻土区现浇涵洞基础施工与内地普通涵洞的施工方法基本类似,施工时采用在搅拌站集中拌合,利用运输罐车运至现场,主要不同点表现在以下几个方面:冻土区明挖勘姻赌然溅吐觉佣的剧田显早强耐久吐混凝土;在水泥方面则选用了水化热较小的水泥;对混凝土拌合物的入模温度控制较严。为了有效控制其入模温度,要求现场有试验人员进行旁站,并对混凝土拌合物的温度进行严格测量。对拌合物温度达不到要求的,则要求调节水温重新拌合。为了保证砂石料拌合前的温度要求,在寒季施工时,混凝土拌合站搭设有暖棚,并在暖棚内生有火炉,对暖棚内的温度做到严格控制,并及时做好记录;对混凝土的养护要求较严格。当混凝土浇注完毕后,便及时采取防风防冻措施,采用蓄热法养护,待混凝土达到一定的抗冻强度后(七天左右)才能拆除模板。

4 冻土地区混凝土施工技术研究

冻土地区铁路施工多是在一些高原地带,这些地方的一些地段的河流中存在有害离子的侵蚀,部分路段还面临着强烈的风沙磨蚀。在这样特殊的环境下,对混凝土的低温硬化能力和耐久性能提出了更高的要求。低温早强耐久混凝土就是在这种特殊的环境下应运而生的一种高性能混凝土。它具有低温早强、耐腐蚀、高抗冻、高抗渗等高耐久性能,另一特点是早期强度高,后期强度不损失。负温达到极限时,混凝土也基本冻结,强度停止增长,但气温回升时,水泥颗粒继续水化,混凝土强度继续增长。混凝土灌注后,采取适当的加热和保温覆盖措施,较适用于低温环境下的施工。

原料的选用。拌制低温早强耐久混凝土所用的原材料应符合寒季施工的要求。水泥优先采用普通硅酸盐水泥和硅酸盐水泥。硫铝酸盐水泥不得与硅酸盐水泥或石灰等碱性材料混和使用。硫(铁)铝酸盐水泥适用于钢筋混凝土现浇细薄截面结构、装配式结构的接头和孔道灌浆。不得使用矾土水泥(高铝水泥)。拌制混凝土用骨料应清洁,不得含有冰、雪、冻块及其它易冻裂物质。

试配。对低温早强耐久混凝土来说,耐久性要求是其设计的依据。因而需要根据混凝土使用部位及地质条件、原材料情况、最小胶凝材料用量、使用环境温度、最大水胶比、拌合物和易性要求等具体情况选定。

拌制过程控制。耐久混凝土应集中拌和、集中供应,禁止分散拌和。试验室在每次开盘前应提供当次的施工配合比,搅拌站工作人员应严格执行。拌制设备宜设在温度不低于10℃的暖棚内,拌制混凝土前及停止拌制后应用热水冲洗拌和机。

用于低温早强耐久混凝土的外加剂大都是引气剂,掺量过多会大幅降低混凝土的强度引起工程事故,掺量过少则不能发挥外加剂应有的性能。因此,在外加剂的计量上我们设专人负责,在混凝土拌制前事先称量配制并分袋装好。如果使用液体外加剂应随时测定溶液温度,并根据温度变化测定溶液浓度,这样既能保证称量准确又提高了混凝土拌制的工作效率。

混凝土浇注。在浇注混凝土前,地基基础表面应予清理,并应采取防、排水措施,将模板内的杂物和钢筋上的油污等清除干净,模板应设置稳固,能够满足混凝土侧压力的要求,当模板有缝隙和孔洞时,应予堵塞,不得漏浆。

浇注混凝土应分层进行。其分层厚度(指捣实后厚度)应根据混凝土拌制能力、运输条件、浇注速度、振捣能力和结构要求等条件决定。浇注对冻土层有直接影响的混凝土结构时,混凝土的入模温度宜控制在2-5℃,浇注在低温或负温下养护且不与冻土层直接接触的混凝土结构时,混凝土的入模温度宜控制在5-10℃。

混凝土浇注应连续进行,当因故间隔时,其间隔时间应根据环境温度、水泥性能、水灰比和外加剂类型等条件通过试验确定。当允许时间己超过时,应按浇注中断处理,同时应留置施工缝,并作记录。施工缝的平面与结构的轴线相垂直,施工缝的处理应满足规范要求。

结论

冻土地区修建铁路工程技术难度大,意义深远。本文进行了冻土地区的铁路施工技术研究:要在施工中严格按规范和设计图施工,严格执行环境保护措施。冻土地区施工有效工期短,冻土非常娇贵,稍有破坏后果很难设想,因此要快速施工,保护冻土上限不被改变是路基施工的关键。另外也对冻土地区的混凝土的施工工艺作了详细论述。冻土路基的稳定问题仍需要进一步进行研究和探讨。

参考文献

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