青藏高原凍土區路基施工技術分析

摘要：青藏高原地理形貌特殊，氣候獨特，凍土區域占有比例高。凍土可嚴重影響道路路基，影響道路施工，同時也增加了道路施工的難度和成本。文章分析了青藏高原凍土地基的工程特性，并依據其特性提出了相應的施工技術對策。

關鍵詞：青藏高原 凍土 地基 技術 施工

青藏高原地處大陸腹地、與海洋隔離的獨特地理環境造就了青藏高原地區的空氣稀薄、低氣壓、嚴寒多變、凍土面積大且深的特征。青藏高原地區平均海拔約4000米，年平均氣溫低于3℃，凍土深度約80-100米。青藏高原惡劣的氣候環境、特殊的地理環境，也注定了該區域路基施工技術的復雜性。環境變化對工程施工影響甚大，尤其是凍土區域工程對環境的變化更為敏感。當凍土地基的物理形態變化過大，就會降低該段工程路基的強度，撼動路基穩度，甚至引起道路變形、塌方、滑坡等嚴重事故。

1 凍土地基的工程特性

1.1 凍脹性。凍脹是指，凍土土體中的水分在溫度的變化下發生物理相變，水分凍結成冰體積增大，從而導致土體體積膨脹的自然現象。凍土地基的凍脹性的強弱直接影響著該地段工程結構，尤其和凍土地基下建造的橋梁工程的穩定性能有著緊密關系，地表不均勻升高變形時有發生。土體中含水量、土體密度、土顆粒粒徑、土體埋深深度等因素，都可影響凍土的凍脹性。

1.2 凍脹力。當凍土土體發生凍脹，凍土體積膨脹時，會隨之產生凍脹力。凍脹力會朝著一定的方向直接作用于工程基礎表面，當凍脹力與工程建筑及附加物原有的重力不能平衡時，工程結構就極易發生變形，從而破壞工程物原有的結構。按凍結力所處的環境來分，凍結力可分為兩類：其一，封閉系統中，凍土中水分凍結體積膨脹所產生的內應力則是是凍脹力；其二，開放體系中，孔隙水侵入推開土顆粒并凍結所產生的力則為凍脹力。根據凍脹力的作用方向，可劃分為三類：其一，當凍脹力平等作用于基礎側表面時，則稱為切向凍脹力；切向凍脹力是作用于基礎的主要力系之一，也極易引起工程上撥變形。其二，當凍脹力沿著垂直于基礎表側面的方向產生作用時，則是法向凍脹力。其三，當凍脹力沿著與基礎側表面一致的方向發生作用時，則是水平凍脹力。

1.3 融沉性。與凍脹性相反，當土體水分融化，導致土體體積收縮的現象則是凍土融化。在凍土融化過程中，凍土中的冰轉化為水，凍土體積減小不斷下沉，并且孔隙水不斷消散與排泄，降低了土體的孔隙比，這就是凍土的融沉性。凍土融沉會導致建立在凍土個上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。凍土中的含冰量、土顆粒成分、孔隙水消散度等都與凍土融沉性能高低有關。

2 凍土地區路基工程施工原則

凍土地區路基工程施工有三原則即保護凍土，控制融化，破壞凍土。

2.1 保護凍土原則是指通過人為力量，控制凍土埋深深度、凍土的凍結狀態等，來維持路基的熱穩定性能，確保路基在使用壽命內狀態正常。

2.2 控制融化原則是指通過觀察和記錄，仍在使用年限內凍土路基的完全融化或者局部融化速度、深度及引起的變形量，運用到日后的調控之中。

2.3 破壞凍土原則是指根據文件合同的規定，來清除施工過程中指定區域的凍土，并清理凍土融化后的水分及場地。

3 凍土區樁基礎施工技術

青藏高原惡劣的氣候環境、特殊的地理環境，也注定了該區域路基施工技術的復雜性。凍土地基的建設由一系列工作環節組成，同時也需要大量機械的輔助。打樁是施工的基礎，其重要性不言而喻。

3.1 施工準備。施工前要把各項準備工作做好做足。首先，相關工作人員要具備掌握凍土知識的能力，要熟悉施工流程規范、注意事項，及具體施工工程的文件政策。其次，工作人員要實地核查工程基地，熟悉工程環境等基本因素。第三，根據工程進度，做好設備、材料儲備工作，并選擇最佳的可在高原地區工作的設備型號及配套設施。第四，在穩定土層或基巖上設置控制樁，并用地上樁位用混凝土包裹，地下樁位樁周回填粗粒土。第五，測量放樣，確定各樁樁位，并在樁的前后左右設置護樁，以供隨時檢測樁中心和標高。

3.2 施工工藝和方法技巧

3.2.1 埋設護筒。為了保證護筒可正常作業，要保護孔口，還要根據不同的地質環境，來對護筒進行一定深度的埋設。護筒多是鋼板材質，且外表涂有一層油渣，為了減少樁體外表面的親水度，當樁成后不可拆除護筒。

3.2.2 根據青藏鐵路的特殊環境，針對低溫條件，鋼筋籠的加工、焊接、安裝應符合以下要求:鋼筋接長采用預熱閃光對焊或閃光→預熱→閃光焊工藝。鋼筋端面比較平整時，采用預熱閃光焊，端面不夠平整時，采用閃光→預熱→閃光焊工藝。

3.2.3 鉆機。為了提高青藏高原施工時的效率，多選擇旋挖鉆機成孔。通過自動系統將鉆機就位后，需在鉆機底座下發動機散熱部分宜鋪設聚苯乙烯泡沫塑料隔熱板，以減少對地基土的熱侵入。鉆孔前，應調整機架桿垂直、位置正確，防止因鉆桿晃動引起擴大孔徑及增加孔底虛土。旋挖鉆機多采用干法鉆孔，鉆桿頂部液壓壓力給予鉆頭一定力量，再加上電量供給旋轉鉆頭的力量，進行鉆孔。鉆孔場地布置盡量以填代挖，以減少對原地表開挖引起的熱擾動。地質不同，可選用不同的鉆頭進行作業。

3.2.3 濕法作業。當干法作業無法實施時，可采用濕法作業，比如在粘性土、砂類土等位于地下水位以下時，干法作業已無法保證孔壁穩定，采用濕法作業可有效的解決此問題。

①濕法作業采用中采用優質粘土獲得泥漿，且配備專門的制漿機，生成的泥漿也要存入到鋼材體質的漿池中，不得隨意排放。此外，還需設有沉淀池，并以串聯的形式與泥漿池關聯起來。沉淀池產生的廢渣也不可隨意排泄，要通過專門的車輛定時定量的運輸到指定地點進行集中處理。②濕法作業要以低檔開鉆，當鉆深度到達護筒1米深度以下時，方可正常速度運轉。作業中產生的廢渣要及時沉淀、清理，以確保泥漿可正常循環。根據土層地質的不同，要配備不同的鉆頭，及恰當的鉆速、鉆壓、泥漿比重等。③當鉆深深度達到既定要求時，則要取樣檢測。驗檢成功后即可停止作業，并采取清孔措施。清孔時需將鉆具提起一定高度，約0.3米左右，并不斷轉動鉆頭促使泥漿循環，這就是換漿法清孔。④要及時記錄、檢查各時期各形態的鉆孔的相關數據，比如孔深、孔徑、孔型、質量等。

4 結論

目前，青藏高原地區凍土地基技術仍是全球性難題，盡管許多專家提出、并相應解決了一系列難題，但是仍有許多問題尚待解決，許多方法措施尚待驗證。針對青藏高原特殊的地理、氣候、地質特征，要求采用的機械，施工工藝和檢測手段必須具有高效率、高度自動化，具備較高的科技含量。對在工程中遇到的問題，要及時總結探討，尋找新思路、新方法，力爭使青藏高原凍土區路基施工技術更完善、更成熟。我們也相信，高科技的力量一定會助相關人員解決青藏高原凍土地基一臂之力。

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