冻土地区桥梁桩基础的施工技术

2013-04-16田永全

交通运输研究 2013年20期

田永全

（中建新疆建工路桥工程有限公司，新疆乌鲁木齐 830054）

冻土区公路桥梁的基础工程往往会由于地基的冻融作用，而产生各种不良的基础破坏现象，进而影响到桥梁整体安全性和稳定性。在我国新疆等寒冷地区进行公路桥梁桩基础施工时，冻胀问题是施工的技术难点和重点。在冻土区域，当桥梁桩基础入土较浅时，容易因为土基的冻胀而使基础桩上拔，致使上部桥跨产生不均匀隆起，进而造成各种安全隐患，影响行车甚至发生交通事故。所以在冻土区进行公路桥梁桩基础施工时，必须针对冻胀地基的工程特性来采取合理的措施，进行认真的处理。

1 冻土区地基的工程特性

1.1 冻胀性

在高寒冻土区由于受大气温度的影响，会导致地基土中的水分产生相变，从而使土的体积发生膨胀或收缩现象，膨胀现象是由于土体的冻胀而产生的，而收缩则是由于土体的融化而产生的。土体在冻结过程中，水分被冻结成冰，体积会因此而变大。土体的冻胀度往往受土体的埋深、含水量、土颗粒粒径、土体密度等因素影响。冻土地基的冻胀性，是影响桥梁桩基础工程稳定性的重要因素之一。

1.2 冻胀力

当地基土在封闭的体系中冻结时，冻土水分在冻结后会由于体积扩张而产生内应力，在开放体系中，孔隙水会侵入到土颗粒中同时产生冻结应力，称为冻胀力。冻胀力通常作用在基础的表面，在工程结构物的重量或附加荷载不能够与其相互平衡时，结构很容易在冻胀力的作用下发生冻胀变形，甚至出现严重的结构物变形或破坏现象。冻胀力在基础表面作用的部位和方向不同，可分为切向冻胀力、水平冻胀力以及法向冻胀力三种冻胀形式。对公路桥梁桩基础进行设计时，应该对此考虑周全，以预防各种冻胀力对基础产生作用，导致其上拔或变形。

1.3 融沉性

在冻土区当大气温度上升，冻土融化时，在自重压密作用下，会产生下沉现象，同时孔隙水逐渐流失，这种现象即为冻土的融沉性。冻土的融沉过程，不仅是因为冻土中的冰晶变成水后，体积变小了，还因为在融沉过程中，土体孔隙中的水分消散与下沉，致使土体孔隙变小。融沉性与冻土的粒度成分、冰晶体的含量以及孔隙水率等因素有着密切的关系。

2 冻土区桩基础的施工

2.1 施工准备

施工队伍进场前，应该对冻土的知识及相关处理技术进行认真的学习和严格的规范。桥梁桩基础施工之前必须对设计文件进行仔细的核对，对桥梁桩基础施工位置的地质情况进行认真调查和详细核实，必要时可进行进一步的地质勘察；对施工机械设备进行合理的选择和配套组合，尽量选择能够适应高海拔、高寒地区作业的施工机械，同时充分考虑机械的功率问题；结合施工进度安排，做好施工材料的采购及储备工作，如果在高海拔地区施工，则必须保证材料供应的充足；将测量控制桩设置在土层结构或基岩相对稳定的位置，然后用混凝土进行防护，对于埋入冻土层的控制桩，如果需要跨冻融季节使用，其埋深应该大于冻结层上限的2倍，桩周应该回填粒径较粗的土，避免由于冻融而产生桩位偏移。

2.2 钻机选择

根据冻土区的施工要求及施工经验选择符合条件的钻机，从而保证施工的质量及施工进度，在冻土区进行桥梁桩基础施工时，应该采用旋挖钻机来进行钻孔。

2.3 测量放样

测量放样是保证各项施工工序精确进行的前提，放样时需要确定基础各桩的桩位，将桩的纵横误差控制在5cm范围内。在桩的周围设置上护桩，以方便随时对桩位及标高进行检测。钻孔场地应该处理平整，尽量减少对原地表的开挖和热扰动。在钻机底部发动机散热部位设置上隔热垫层，从而减少对地基的热侵入。

2.4 护筒埋设

在冻土区施工时护筒不仅可保护孔口，避免塌孔，也能有效提高桩基础对冻土的抗拔力。施工时需要将护筒埋入冻土限以下一定深度，将其外表涂刷上一层渣油，成桩以后不用将护筒拆除，这样可减少外界水的入侵，降低冻土对桩基础的上拔力。护筒可采用一定厚度的钢板制作而成，其内径和尺寸都应该符合设计要求；在多年冻土区护筒埋深应在冻土上限以下不小于0.5m；由于护筒表面需要涂刷渣油，所以埋设时应该采取一定的保护措施。当地表土的稳定性较好，且不存在地表水时，在钻机就位后，可选用比护筒直径大的螺旋钻头钻进到设计深度，然后安放护筒。放护筒时应该先将外侧涂上渣油。护筒外侧与孔壁之间的空隙可用渣油拌制的粗粒土进行回填。

2.5 钻机就位

对钻机进行固定和调整，钻孔前，对机架杆垂直度和位置进行调整，对钻杆的稳定性进行检查，避免钻进过程中出现大幅晃动。

2.6 钻进

钻孔方法有两种，即干法钻孔和湿法钻进。干法钻孔是指在护筒埋设完成后，进行钻进。利用旋挖钻头钻杆顶液压马达往下压，使旋挖钻头以旋切的方式进入土体，土被挤入料斗中并送出孔外。钻进时需要结合地质情况来选择不同的钻头；湿作法主要应用于粘性土、砂类土、碎石类等处于地下水位以下的土质区域。湿法作业需要拌制泥浆，采用优质的粘土配制成泥浆，存入到钢制的泥浆池当中。钻孔桩所需要的泥浆不能随意排放。钻孔过程中排出的废渣必须运送到指定地点倾倒；钻孔时，先低速钻进，当钻到护筒下1m后，方可进行正常速度的钻进。在钻进过程中需要对泥浆的循环状态进行观察，保证钻渣能够及时排除，同时还需注意土层的变化；当钻进到设计深度后，可停止钻进并及时进行清孔，清孔可采用换浆法。将钻具提高一定高度，钻头继续旋转，供浆继续；在整个过程中都需要对孔深、孔径、孔底以及孔壁的情况进行检查，以确保成桩后的质量。

2.7 钢筋笼制作

因为在冻土区施工，所以制作钢筋笼时应该采用“预热闪光对焊、闪光→预热→闪光”的焊接工艺。如果钢筋端面比较平整，可采用预热闪光焊，而如果钢筋端面不平整时则需要采用“闪光→预热→闪光”的焊接工艺。

2.8 混凝土灌注

在桥梁桩基础成孔以后，应该及时安放钢筋笼和灌注混凝土，中间间断的时间不能过长。如果不能及时灌注，需用钢板将孔口盖住，并在上面覆盖草袋等保温隔热材料。由于混凝土输入冻土时会带入较多的热量，对冻土会产生一定的热扰动，所以要控制好混凝土入孔时的温度，尤其是在高含冰量的冻土层中，应该尽量将混凝土入模的温度控制在0～5℃范围内。在混凝土灌注完成后，应该在桩表面进行保湿覆盖养生。对于承台底面高过地面的桩基础，应该对露出地面的钢护筒外包裹一层隔热保温层进行蓄热养生。