凍土地區(qū)橋梁樁基礎(chǔ)的施工技術(shù)

田永全

（中建新疆建工路橋工程有限公司，新疆 烏魯木齊 830054）

凍土區(qū)公路橋梁的基礎(chǔ)工程往往會由于地基的凍融作用，而產(chǎn)生各種不良的基礎(chǔ)破壞現(xiàn)象，進(jìn)而影響到橋梁整體安全性和穩(wěn)定性。在我國新疆等寒冷地區(qū)進(jìn)行公路橋梁樁基礎(chǔ)施工時(shí)，凍脹問題是施工的技術(shù)難點(diǎn)和重點(diǎn)。在凍土區(qū)域，當(dāng)橋梁樁基礎(chǔ)入土較淺時(shí)，容易因?yàn)橥粱膬雒浂够A(chǔ)樁上拔，致使上部橋跨產(chǎn)生不均勻隆起，進(jìn)而造成各種安全隱患，影響行車甚至發(fā)生交通事故。所以在凍土區(qū)進(jìn)行公路橋梁樁基礎(chǔ)施工時(shí)，必須針對凍脹地基的工程特性來采取合理的措施，進(jìn)行認(rèn)真的處理。

1 凍土區(qū)地基的工程特性

1.1 凍脹性

在高寒凍土區(qū)由于受大氣溫度的影響，會導(dǎo)致地基土中的水分產(chǎn)生相變，從而使土的體積發(fā)生膨脹或收縮現(xiàn)象，膨脹現(xiàn)象是由于土體的凍脹而產(chǎn)生的，而收縮則是由于土體的融化而產(chǎn)生的。土體在凍結(jié)過程中，水分被凍結(jié)成冰，體積會因此而變大。土體的凍脹度往往受土體的埋深、含水量、土顆粒粒徑、土體密度等因素影響。凍土地基的凍脹性，是影響橋梁樁基礎(chǔ)工程穩(wěn)定性的重要因素之一。

1.2 凍脹力

當(dāng)?shù)鼗猎诜忾]的體系中凍結(jié)時(shí)，凍土水分在凍結(jié)后會由于體積擴(kuò)張而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在開放體系中，孔隙水會侵入到土顆粒中同時(shí)產(chǎn)生凍結(jié)應(yīng)力，稱為凍脹力。凍脹力通常作用在基礎(chǔ)的表面，在工程結(jié)構(gòu)物的重量或附加荷載不能夠與其相互平衡時(shí)，結(jié)構(gòu)很容易在凍脹力的作用下發(fā)生凍脹變形，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)物變形或破壞現(xiàn)象。凍脹力在基礎(chǔ)表面作用的部位和方向不同，可分為切向凍脹力、水平凍脹力以及法向凍脹力三種凍脹形式。對公路橋梁樁基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對此考慮周全，以預(yù)防各種凍脹力對基礎(chǔ)產(chǎn)生作用，導(dǎo)致其上拔或變形。

1.3 融沉性

在凍土區(qū)當(dāng)大氣溫度上升，凍土融化時(shí)，在自重壓密作用下，會產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，同時(shí)孔隙水逐漸流失，這種現(xiàn)象即為凍土的融沉性。凍土的融沉過程，不僅是因?yàn)閮鐾林械谋ё兂伤螅w積變小了，還因?yàn)樵谌诔吝^程中，土體孔隙中的水分消散與下沉，致使土體孔隙變小。融沉性與凍土的粒度成分、冰晶體的含量以及孔隙水率等因素有著密切的關(guān)系。

2 凍土區(qū)樁基礎(chǔ)的施工

2.1 施工準(zhǔn)備

施工隊(duì)伍進(jìn)場前，應(yīng)該對凍土的知識及相關(guān)處理技術(shù)進(jìn)行認(rèn)真的學(xué)習(xí)和嚴(yán)格的規(guī)范。橋梁樁基礎(chǔ)施工之前必須對設(shè)計(jì)文件進(jìn)行仔細(xì)的核對，對橋梁樁基礎(chǔ)施工位置的地質(zhì)情況進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查和詳細(xì)核實(shí)，必要時(shí)可進(jìn)行進(jìn)一步的地質(zhì)勘察；對施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行合理的選擇和配套組合，盡量選擇能夠適應(yīng)高海拔、高寒地區(qū)作業(yè)的施工機(jī)械，同時(shí)充分考慮機(jī)械的功率問題；結(jié)合施工進(jìn)度安排，做好施工材料的采購及儲備工作，如果在高海拔地區(qū)施工，則必須保證材料供應(yīng)的充足；將測量控制樁設(shè)置在土層結(jié)構(gòu)或基巖相對穩(wěn)定的位置，然后用混凝土進(jìn)行防護(hù)，對于埋入凍土層的控制樁，如果需要跨凍融季節(jié)使用，其埋深應(yīng)該大于凍結(jié)層上限的2倍，樁周應(yīng)該回填粒徑較粗的土，避免由于凍融而產(chǎn)生樁位偏移。

2.2 鉆機(jī)選擇

根據(jù)凍土區(qū)的施工要求及施工經(jīng)驗(yàn)選擇符合條件的鉆機(jī)，從而保證施工的質(zhì)量及施工進(jìn)度，在凍土區(qū)進(jìn)行橋梁樁基礎(chǔ)施工時(shí)，應(yīng)該采用旋挖鉆機(jī)來進(jìn)行鉆孔。

2.3 測量放樣

測量放樣是保證各項(xiàng)施工工序精確進(jìn)行的前提，放樣時(shí)需要確定基礎(chǔ)各樁的樁位，將樁的縱橫誤差控制在5cm范圍內(nèi)。在樁的周圍設(shè)置上護(hù)樁，以方便隨時(shí)對樁位及標(biāo)高進(jìn)行檢測。鉆孔場地應(yīng)該處理平整，盡量減少對原地表的開挖和熱擾動。在鉆機(jī)底部發(fā)動機(jī)散熱部位設(shè)置上隔熱墊層，從而減少對地基的熱侵入。

2.4 護(hù)筒埋設(shè)

在凍土區(qū)施工時(shí)護(hù)筒不僅可保護(hù)孔口，避免塌孔，也能有效提高樁基礎(chǔ)對凍土的抗拔力。施工時(shí)需要將護(hù)筒埋入凍土限以下一定深度，將其外表涂刷上一層渣油，成樁以后不用將護(hù)筒拆除，這樣可減少外界水的入侵，降低凍土對樁基礎(chǔ)的上拔力。護(hù)筒可采用一定厚度的鋼板制作而成，其內(nèi)徑和尺寸都應(yīng)該符合設(shè)計(jì)要求；在多年凍土區(qū)護(hù)筒埋深應(yīng)在凍土上限以下不小于0.5m；由于護(hù)筒表面需要涂刷渣油，所以埋設(shè)時(shí)應(yīng)該采取一定的保護(hù)措施。當(dāng)?shù)乇硗恋姆€(wěn)定性較好，且不存在地表水時(shí)，在鉆機(jī)就位后，可選用比護(hù)筒直徑大的螺旋鉆頭鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度，然后安放護(hù)筒。放護(hù)筒時(shí)應(yīng)該先將外側(cè)涂上渣油。護(hù)筒外側(cè)與孔壁之間的空隙可用渣油拌制的粗粒土進(jìn)行回填。

2.5 鉆機(jī)就位

對鉆機(jī)進(jìn)行固定和調(diào)整，鉆孔前，對機(jī)架桿垂直度和位置進(jìn)行調(diào)整，對鉆桿的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，避免鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)大幅晃動。

2.6 鉆進(jìn)

鉆孔方法有兩種，即干法鉆孔和濕法鉆進(jìn)。干法鉆孔是指在護(hù)筒埋設(shè)完成后，進(jìn)行鉆進(jìn)。利用旋挖鉆頭鉆桿頂液壓馬達(dá)往下壓，使旋挖鉆頭以旋切的方式進(jìn)入土體，土被擠入料斗中并送出孔外。鉆進(jìn)時(shí)需要結(jié)合地質(zhì)情況來選擇不同的鉆頭；濕作法主要應(yīng)用于粘性土、砂類土、碎石類等處于地下水位以下的土質(zhì)區(qū)域。濕法作業(yè)需要拌制泥漿，采用優(yōu)質(zhì)的粘土配制成泥漿，存入到鋼制的泥漿池當(dāng)中。鉆孔樁所需要的泥漿不能隨意排放。鉆孔過程中排出的廢渣必須運(yùn)送到指定地點(diǎn)傾倒；鉆孔時(shí)，先低速鉆進(jìn)，當(dāng)鉆到護(hù)筒下1m后，方可進(jìn)行正常速度的鉆進(jìn)。在鉆進(jìn)過程中需要對泥漿的循環(huán)狀態(tài)進(jìn)行觀察，保證鉆渣能夠及時(shí)排除，同時(shí)還需注意土層的變化；當(dāng)鉆進(jìn)到設(shè)計(jì)深度后，可停止鉆進(jìn)并及時(shí)進(jìn)行清孔，清孔可采用換漿法。將鉆具提高一定高度，鉆頭繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，供漿繼續(xù)；在整個(gè)過程中都需要對孔深、孔徑、孔底以及孔壁的情況進(jìn)行檢查，以確保成樁后的質(zhì)量。

2.7 鋼筋籠制作

因?yàn)樵趦鐾羺^(qū)施工，所以制作鋼筋籠時(shí)應(yīng)該采用“預(yù)熱閃光對焊、閃光→預(yù)熱→閃光”的焊接工藝。如果鋼筋端面比較平整，可采用預(yù)熱閃光焊，而如果鋼筋端面不平整時(shí)則需要采用“閃光→預(yù)熱→閃光”的焊接工藝。

2.8 混凝土灌注

在橋梁樁基礎(chǔ)成孔以后，應(yīng)該及時(shí)安放鋼筋籠和灌注混凝土，中間間斷的時(shí)間不能過長。如果不能及時(shí)灌注，需用鋼板將孔口蓋住，并在上面覆蓋草袋等保溫隔熱材料。由于混凝土輸入凍土?xí)r會帶入較多的熱量，對凍土?xí)a(chǎn)生一定的熱擾動，所以要控制好混凝土入孔時(shí)的溫度，尤其是在高含冰量的凍土層中，應(yīng)該盡量將混凝土入模的溫度控制在0～5℃范圍內(nèi)。在混凝土灌注完成后，應(yīng)該在樁表面進(jìn)行保濕覆蓋養(yǎng)生。對于承臺底面高過地面的樁基礎(chǔ)，應(yīng)該對露出地面的鋼護(hù)筒外包裹一層隔熱保溫層進(jìn)行蓄熱養(yǎng)生。

3 結(jié)語

由于凍土區(qū)的橋梁樁基礎(chǔ)很容易受凍脹影響，所以施工時(shí)必須采取有效的防治措施，盡量減小凍土對樁壁的凍結(jié)力以及凍土的切向凍脹力。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分掌握沿線的溫度及溫度變化情況，然后從改善土基填筑材料、提高土基壓實(shí)度、設(shè)置排水系統(tǒng)、做好保溫措施等方面入手，全面提高橋梁樁基礎(chǔ)的抗凍能力。

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