淺談凍土地區鐵路工程施工

張銀山

摘要:分析了凍土的特性以及凍土地區路基工程和橋涵基礎工程所采取的設計原則,指出了施工工藝的正確選擇是解決路基施工的技術關鍵,以及橋涵基礎中的明挖基礎施工技術進行了研究和總結,另外也對凍土地區的混凝土的施工工藝作了詳細論述。

關鍵詞:凍土;鐵路;施工技術

多年來國內外在凍土地區修筑鐵路有成功的經驗,也有失敗的教訓,但都在不同程度上推動了人們對凍土問題的研究,加深了人們對凍土性質的認識。本文分析了凍土的特性以及凍土地區路基工程和橋涵基礎工程所采取的設計原則,指出了施工工藝的正確選擇是解決路基施工的技術關鍵,以及橋涵基礎中的明挖基礎施工技術進行了研究和總結,另外也對凍土地區的混凝土的施工工藝作了詳細論述。

1 凍土的特性及其對鐵路施工的影響

凍土是一種有其特殊性的土體,凍土的特殊性在于凍土的物理特性與穩定密切相關,對溫度變化極為敏感且性質不穩定。凍土還與土中含冰量有關,而含冰量又直接與溫度有關,它隨著溫度的升高而減少,造成凍土的力學特性發生巨大變化。凍土在正負溫度交替變化過程中水分產生劇烈的相變,伴隨產生土體體積的變化,表現在工程建設中就是凍脹和融沉變形。凍土具有的流變性、融沉性和凍脹性對鐵路建設影響嚴重。

由凍土引起的特殊工程地質問題,主要有融沉、凍脹和冰椎、凍脹丘、融凍泥流、熱融滑坍、熱融湖塘、沼澤濕地、厚層地下冰等不良地質現象。融沉是指凍土融化,使建在凍土區的建筑物地基變形和破壞,主要表現為路基下沉、路基向陽側邊坡和路肩開裂及下滑、路塹邊坡溜塌等。凍脹是土體凍結時產生的最重要的物理一力學過程,是因為水由液體變成了固體,體積膨脹增大而產生的,表現為地表的不均勻升高變形。伴隨土的凍脹,在建筑基礎表面將作用凍脹力,從而產生凍脹變形,嚴重時將引起建筑物的破壞。在諸多不良凍土地質現象中,對溫度變化最為敏感且對鐵路路基的修筑影響最大而且不容易繞避的主要是厚層地下冰,其融化時產生大的下沉量會引起工程建筑物的嚴重變形和破壞。

2 凍土地區路基工程施工原則

對于路基施工而言,保護凍土,控制融化,破壞凍土原則是路基施工應該遵從的原則。

保護凍土原則指應用該原則設計、施工的路基在規定的使用年限內,能保持其熱穩定性。即人為上限始終控制在指定的深度范圍內,保持其下臥凍土的凍結狀態。

控制融化原則是指在設計使用年限內允許所設計的路基基底(或邊坡)凍土逐漸完全融化或產生局部融化,而且經融化下沉變形量計算,可以將融化速率和深度控制在路基穩定性所允許的變形范圍之內。

破壞凍土原則是指在設計文件中規定在施工過程中將基底(或邊坡)凍土融化或清除(全部或達到設計深度),并將融化后的水份疏干。

3 凍土地區的橋涵基礎施工技術研究

凍土地區橋涵地基的設計主要要注意保持凍結,允許融化兩大原則。橋涵基礎施工的重點是拼裝式基礎施工和現澆基礎施工。基礎拼裝是工序中的一項重點與難點,為了有效的控制基礎拼裝的正確就位與平整度要求,施工中應著重從以下方面著手:

采用人工配合汽車吊拼裝,從入口端開始依次拼裝成型;拼裝前放出基礎的輪廓尺寸,并在構件上標出中心線及吊裝順序的編號,以確保基礎的正確就位;墊層頂面嚴格找平,以確保基礎均勻受力,同時做到基礎的頂面高差滿足設計要求;拼裝過程中,為了精確控制基礎塊的正確就位,技術人員采用經緯儀現場控制每一基礎塊的就位;為了保證涵節拼裝的順利進行,在基礎拼裝完成后立即按設計與規范要求進行沉降縫的施工。

高原凍土區現澆涵洞基礎施工與內地普通涵洞的施工方法基本類似,施工時采用在攪拌站集中拌合,利用運輸罐車運至現場,主要不同點表現在以下幾個方面:凍土區明挖勘姻賭然濺吐覺傭的劇田顯早強耐久吐混凝土;在水泥方面則選用了水化熱較小的水泥;對混凝土拌合物的入模溫度控制較嚴。為了有效控制其入模溫度,要求現場有試驗人員進行旁站,并對混凝土拌合物的溫度進行嚴格測量。對拌合物溫度達不到要求的,則要求調節水溫重新拌合。為了保證砂石料拌合前的溫度要求,在寒季施工時,混凝土拌合站搭設有暖棚,并在暖棚內生有火爐,對暖棚內的溫度做到嚴格控制,并及時做好記錄;對混凝土的養護要求較嚴格。當混凝土澆注完畢后,便及時采取防風防凍措施,采用蓄熱法養護,待混凝土達到一定的抗凍強度后(七天左右)才能拆除模板。

4 凍土地區混凝土施工技術研究

凍土地區鐵路施工多是在一些高原地帶,這些地方的一些地段的河流中存在有害離子的侵蝕,部分路段還面臨著強烈的風沙磨蝕。在這樣特殊的環境下,對混凝土的低溫硬化能力和耐久性能提出了更高的要求。低溫早強耐久混凝土就是在這種特殊的環境下應運而生的一種高性能混凝土。它具有低溫早強、耐腐蝕、高抗凍、高抗滲等高耐久性能,另一特點是早期強度高,后期強度不損失。負溫達到極限時,混凝土也基本凍結,強度停止增長,但氣溫回升時,水泥顆粒繼續水化,混凝土強度繼續增長。混凝土灌注后,采取適當的加熱和保溫覆蓋措施,較適用于低溫環境下的施工。

原料的選用。拌制低溫早強耐久混凝土所用的原材料應符合寒季施工的要求。水泥優先采用普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥。硫鋁酸鹽水泥不得與硅酸鹽水泥或石灰等堿性材料混和使用。硫(鐵)鋁酸鹽水泥適用于鋼筋混凝土現澆細薄截面結構、裝配式結構的接頭和孔道灌漿。不得使用礬土水泥(高鋁水泥)。拌制混凝土用骨料應清潔,不得含有冰、雪、凍塊及其它易凍裂物質。

試配。對低溫早強耐久混凝土來說,耐久性要求是其設計的依據。因而需要根據混凝土使用部位及地質條件、原材料情況、最小膠凝材料用量、使用環境溫度、最大水膠比、拌合物和易性要求等具體情況選定。

拌制過程控制。耐久混凝土應集中拌和、集中供應,禁止分散拌和。試驗室在每次開盤前應提供當次的施工配合比,攪拌站工作人員應嚴格執行。拌制設備宜設在溫度不低于10℃的暖棚內,拌制混凝土前及停止拌制后應用熱水沖洗拌和機。

用于低溫早強耐久混凝土的外加劑大都是引氣劑,摻量過多會大幅降低混凝土的強度引起工程事故,摻量過少則不能發揮外加劑應有的性能。因此,在外加劑的計量上我們設專人負責,在混凝土拌制前事先稱量配制并分袋裝好。如果使用液體外加劑應隨時測定溶液溫度,并根據溫度變化測定溶液濃度,這樣既能保證稱量準確又提高了混凝土拌制的工作效率。

混凝土澆注。在澆注混凝土前,地基基礎表面應予清理,并應采取防、排水措施,將模板內的雜物和鋼筋上的油污等清除干凈,模板應設置穩固,能夠滿足混凝土側壓力的要求,當模板有縫隙和孔洞時,應予堵塞,不得漏漿。

澆注混凝土應分層進行。其分層厚度(指搗實后厚度)應根據混凝土拌制能力、運輸條件、澆注速度、振搗能力和結構要求等條件決定。澆注對凍土層有直接影響的混凝土結構時,混凝土的入模溫度宜控制在2-5℃,澆注在低溫或負溫下養護且不與凍土層直接接觸的混凝土結構時,混凝土的入模溫度宜控制在5-10℃。

混凝土澆注應連續進行,當因故間隔時,其間隔時間應根據環境溫度、水泥性能、水灰比和外加劑類型等條件通過試驗確定。當允許時間己超過時,應按澆注中斷處理,同時應留置施工縫,并作記錄。施工縫的平面與結構的軸線相垂直,施工縫的處理應滿足規范要求。

結論

凍土地區修建鐵路工程技術難度大,意義深遠。本文進行了凍土地區的鐵路施工技術研究:要在施工中嚴格按規范和設計圖施工,嚴格執行環境保護措施。凍土地區施工有效工期短,凍土非常嬌貴,稍有破壞后果很難設想,因此要快速施工,保護凍土上限不被改變是路基施工的關鍵。另外也對凍土地區的混凝土的施工工藝作了詳細論述。凍土路基的穩定問題仍需要進一步進行研究和探討。

參考文獻

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