浅谈冻土地区桩基特性及施工工艺

李辉华，李庆超

河南德馨高速公路有限公司，河南 商丘 476000

我国经济的持续发展，交通运输业的进步带动着公路工程向纵深方向延伸。由于我国地形复杂，在山区丘陵河流地带修建公路桥梁对施工技术无疑提出了更高的挑战。桥梁工程是交通工程的枢纽，工程质量的好坏施工技术是关键。高原冻土是我国交通工程施工中常遇到的施工环境，我国克服世界性技术难题，成功修建了贯穿中东西三部的交通大动脉并积累了丰富的经验。受自然条件的影响，多年冻土地区桥梁由于地基的冻融作用，往往会产生各种质量病害，在施工的过程中很难克服。为圆满完成工程施工，确保工期和质量、合理控制工程造价，在施工的过程中，要立足于专业化、机械化、标准化施工，重点工序重点安排，特殊部位特殊考虑，并结合工期和工程实际进行统筹，尽量做到现场布置合理，方案切合实际，施工组织科学。

在冻土地区施工，需要克服很多的技术性难题，在施工的过程中，机器、技术人员、机械作业等都会给冻土带来一定的热量，这些热量由热源逐渐向周围冻土传播，破坏冻土的稳定冻结状态，从而影响工程的地基，导致桩的承载力严重下降，冻土的冻结强度降低，直接影响施工进度和工程质量。以下对冻土地区的桩基特性及施工技术作以简要阐述，以便优质高效安全的完成工程。

1 冻土地基特点

1.1 融沉性

冻土的融沉性是指冻土在融化的过程中，土体受温度变化的影响，由自然状态的冰转化成水，在转化的过程中，土体受自重压密的作用下产生下沉。发生这种变化不仅由于水与冰的物理性质差异，在转化的过程中体积减小，土体孔隙比减小，同时土体内融化产生孔隙水的消散与排泄，冻土的融沉性受多种因素的影响，但主要与冻土的含冰量密度、粒度成分及孔隙水的消散等因素有关。

1.2 冻胀力

地基土冻结时，在开放体系与封闭体系会产生不同的力。孔隙水开放体系中侵入推开土颗粒并冻结所产生的力，冻土在封闭体系中水分冻结体积扩张的内应力，称为冻土的冻胀力。冻胀力主要作用于基础表面，当工程结构物的附加荷载和重量之间产生不平衡时，结构物便会发生冻胀变形，严重时将对结构物产生巨大的破坏。根据冻胀力作用于基础表面的方向、部位的不同可以对冻胀力作不同的分类，主要有以下几种划分：水平冻胀力、切向冻胀力和法向冻胀力。

1.3 冻胀性

冻土地基受长年自然冰冻的影响产生冻胀性，这是影响工程结构物尤其是桥梁工程桩基稳定性的重要因素。处理不当或施工技术达不到一定的标准将对工程质量产生严重的影响。在自然界中，土体中的水分产生相变，受大气温度变化的影响，从而土体积收缩或膨胀。收缩现象，称为冻土融化，膨胀现象，称为土体的冻胀。在温度的影响下，土体内的水分逐渐冻结成冰，体积膨胀引起自身物理性质的变化。土体的冻胀性受多种因素的影响，但综合来讲主要因素有：土体埋深、土颗粒粒径、土体含水量、土体密度等。

2 计算模型及基本假设

1）在施工前要预先进行模型计算和基本假设，这是保证施工有计划进行的重要保证，以便在遇到问题时能够及时采取对策。在混凝土灌注入模初期，受自身物理性能的影响，其水化放热速度比较快，这时候把浇注初期的混凝土进行绝热温升处理，可以有效平衡传热速度。混凝土主要1周到12天时间内完成放热，凝土入模后7d～12d 内放出绝大部分水化热使其升温，计算中混凝土的初始温度宜采用混凝土绝热温升的温度；

2）根据施工环境具体安排施工器械，组织施工步骤，本文以我国冻土地区中具有代表性的湿润性地段为研究对象，针对中桥桩基础的钻孔灌注桩进行分析，该工程桩长为20m，桩直径为1m。经初步的试验性计算，桩底和桩侧界面应分别取冻土下限和水化热对冻土热挠动范围外限。

3 施工工艺和方法

3.1 钻机选择

选择钻机要根据施工的具体需要合理选取，最大限度的保证施工的需求，在桩基施工时宜采用旋挖钻机成孔施工工艺，有效推进施工进度。

3.2 施工准备

做好施工前的准备工作是保证工程顺利推进的重要保证前提，首先进行先测量放样，确定各桩的位置和深度，桩的纵横允许偏差≤±5cm，保证施工的安全性在桩的前后左右设置护桩，同时有利于随时检测标高和桩中心。钻孔场地为减少对原地表开挖引起的热扰动在布置时尽量以填代挖。

3.3 埋设护筒

按设计要求将护筒埋入冻土上限以上一定深度，并外表面涂以渣油，增强其耐腐蚀性，施工完毕后对护筒予以保留，这样有力于减小冻土对桩基础上拔力，同时减少外表面的亲水程度。护筒材质要适当，一般采用5mm～6mm厚的钢板卷制。钻机就位后，首先对地表稳定性状况进行勘测，当地表土稳定性较好，没有地表水时，钻机钻孔一般先用比护筒直径大一级别的螺旋钻头施钻，钻至冻土上限以下〉0.5m深度后停钻。安放护筒前，将护筒外侧涂满渣油，用渣油拌制的粗粒土将护筒孔壁与外侧所形成的空隙填密实。

3.4 钻机就位

采用自动化系统对预制安装好的钻机就位，开钻作业前，应调整位置、机架杆垂直度，防止因钻杆晃动引起增加孔底虚土及扩大孔径。

3.5 钻机钻孔

钻进过程中，根据地质情况的差异选用合适的钻头。旋挖钻进是利用旋挖钻头旋转切入土体，同时利用旋挖钻头钻杆顶的液压马达往下压，土被挤入料斗中，再提出孔外，直接装入自卸汽车。

4 结论

综上所述，冻土工程无论是设计还是施工都有不同于一般地区的特殊性，通过施工实践可知，我们还有一些问题亟待解决，冻土地区工程的耐久性还需进一步去实践验证。由于作者能力有限，文章中写作的不到之处望行业同仁多多指正，今后亦会时刻保持积极探索不断进取的精神，加强相关理论知识的学习，争取为我国冻土施工技术研究方面做出更大成果。

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