多年冻土区桥梁施工中若干问题探讨陈常全

多年冻土区桥梁施工中若干问题探讨陈常全

陈常全

陈常全

青海路翔工程监理咨询有限公司810001

摘要：多年冻土地区修建道路桥梁一直是世界性的难题，一方面原因是由于冻土层厚度大，路基开挖困难，另一方面是上层冻土层存在季节性冻融现象，路基的稳定性受到影响，进而影响整个道路桥梁的使用安全。近年来，在新设备、新理念的推动作用下，我国多年冻土地区路基桥梁施工技术有的较为显著的进步。本文即详细阐述了多年冻土地区桥梁桩基础施工中存在的特殊问题和解决办法。

关键词：多年冻土；桥梁桩基；施工质量

引言：冻土并非高寒地区所特有的土地状态，冻土在世界各地都有，只是由于某些局域性的地质条件和环境在气候转换上相较其它地区缓慢很多，看上去有着百年如一日的特点，所以冻土会受到环境的影响，在坚固性与冻结度上有所差异。

一、多年冻土地区桥梁施工概述

（一）多年冻土的含义

冻土一般多指东北地区和西部高原地区年平均气温在0℃以下，持续-20℃在15天以上。多年冻土也称永冻土，是指凡具有负温或零温，其中含有冰的各种土，并且冻结状态持续三年以上的土层。在我国主要分布在内蒙古和黑龙江大、小兴安岭北部和青藏高原及西部高山等地区。多年冻土常见的不良冻土现象有：冻胀丘、冰推、厚层地下冰、冻土沼泽等。

（二）多年冻土地区给桥梁桩基施工带来的危害

在多年冻土地区，由于季节融冻层的反复冻融，冻土或多年冻土层的消长变化，会产生各种不良物理地质和工程地质现象，特别是在冻土区进行桥梁桩基施工，破坏了原有土层的天然状态，使土体原有的各种平衡遭到了破坏，尤其是热力学平衡破坏在多年冻土地区带来的影响，这些情况都会给桥梁桩基造成威胁和破坏。

二、多年冻土区桩基施工中遇到的问题及解决办法

（一）冻土热融、塌孔的处理

多年冻土中含有大量的冰块，在原状土不被破坏的情况下，冰块与周围的土结合为一个整体，基本保持稳定。但多年冻土地段地质较坚硬，钻进速度慢，成孔时间长，钻孔的摩擦热、孔内泥浆的热量、灌注桩混凝土的水化热等，都将会引起孔壁周围冻土在一定范围升温和热融，进而变的松散，极易发生塌孔现象。针对多年冻土区桩基础施工，冻土易热融、塌孔的特殊性，拟采取以下处理措施保证桩基孔壁的稳定：

1、选择高性能钻机，配备实心钻头，尽量不要使用空心钻。因为实心钻可通过钻头对孔内土体的侧向挤压，使孔壁冻土融化后产生的空隙被挤压填满，增加孔壁稳定。而空心钻是将孔内的土冲散后掏出，孔壁冻土融化后产生的空隙无法得到填充，进而易造成塌孔现象发生。

2、在地质条件差，冻土富冰、饱冰地段，加长护筒长度，用震动锤将护筒锤入冻土层，或边钻机边跟进护筒的方式埋设，护筒深应穿越冻土层至少50cm，利用护筒保护孔口冻土层，防止热融坍塌。

3、在钻孔时间的把握上，尽量在每天低温时进行开钻施工，并应快速成桩，利用低温气候减小冻土热融，利用快速成桩减少冻土热融时间。

4、湿法钻进作业时，应在规范允许内加大泥浆稠度，这样有利于孔壁的稳定，且随钻孔深度的增加，清除上部泥浆，保持孔内泥浆淹没钻头4m左右即可，使上部已成孔孔壁暴露在外界低温下，重新冻结，来增加孔壁的稳定。

5、必要时可在钻进过程中适当向孔内投入小块片石，利用钻头挤压片石至孔壁，进一步增强孔壁稳定。

6、成孔后应立即灌注混凝土，因为成孔后停留的时间越长，冻土融化的程度就越大，产生塌孔的可能性就越大。一般要求在成孔后的12h内必须完成灌注混凝土施工。

（二）减弱冻胀力作用的处理

由于冻土区有季节的变化，表层的季节融化层随季节的变化将产生冻胀力，消除这些冻胀力也是冻土区钻孔灌注桩施工的一个重点。在冻胀力三种冻胀形式中，桩周围的水平冻胀力可以相互抵消，对工程造成破坏的主要是冻胀产生的切向力和法向力。在冻土桩基础施工中，采取以下措施可以防止桩基础冻胀：

1、在设计时将桩基础嵌入多年冻土天然上限以下一定深度，以减小法向冻胀力。

2、设计时尽量采用高桩承台，使承台与冻土层间悬空，可避免承台底部出现法向冻胀力，冻胀严重地区采用钻孔扩底桩，可有效减弱桩基法向冻胀力。

3、经过长期的工程试验证明粗颗粒土冻胀小，土体含水量小则冻胀力明显减弱。对于低桩承台，可将承台底部浅层冻土换填粗颗粒土，严格控制粗颗粒土的含水量，换填后作好防排水设施，可以有效减弱承台底部法向冻胀力。

4、将钢制护筒埋入多年冻土上限以下至少0.5m，并于护筒外围涂渣油，成桩后不拆除护筒，减少外表面的亲水程度，降低冻土层的切向冻胀力。

5、桩基施工埋设护筒时，可在长护筒外侧采用渣油拌制粗颗粒土回填，可以有效地减小切向冻胀力，降低冻土对护筒的上拔冻胀力。

（三）回冻期过长的处理

桩基周围冻土的回冻时间，对整个桥梁工程的施工工期起着控制作用。试验表明桩基周围一定范围内土体的回冻与多年冻土的温度、桩基成桩后的时间和混凝土入模温度及混凝土水化热等因素有关，混凝土入模温度降低，则回冻期缩短明显，混凝土水化热降低，则回冻期有所缩短，但不明显。所以在条件许可时，应尽可能地降低混凝土入模温度，并综合考虑混凝土强度等因素，适当降低混凝土水化热，来缩短桩身和周边土回冻期，以利于尽早展开同墩位邻桩的施工，加快施工进度。

（四）扩孔的处理

扩孔主要发生在桩基的上限附近，这属于敏感区，季节融化层与多年冻土层在此交接，因此该处桩周围的地层较为松散，由此产生扩孔现象。值得注意的是，扩孔会大大影响桩基的稳定性。处理扩孔最常用的措施是将护筒嵌入多年冻土层50cm以上，适当加深护筒深度也是行之有效处理扩孔的措施。

（五）钻机“糊钻”的处理

钻机“糊钻”是钻机在钻进冻土层时常出现的问题，这是因为钻机钻进土体时不可避免的与土体产生摩擦进行产生热量，热量使得冻土变粘稠进而附着在钻机钻头上，影响成孔的速速度。尤其是在采用螺旋钻进行干作业施工时，粘附岩屑会大大降低进尺的效率，因此，也采用以下措施予以优化：

1、改变螺旋钻，即将双向土螺旋钻改为单向进土螺旋钻，可减少土体附着。

2、适当加大螺距，以减小成孔过程中的挤密效应。

3、在提钻之前进行多次反转，使附着在钻头上的土体松散掉落。

（六）含土冰层、冰层钻进时滑钻的处理

在含土冰层、冰层施工时，钻头滑钻是经常遇到的问题，而在场区中，这种地质层又是广泛分布的，因此需要加强对含土冰层、冰层钻进时滑钻处理方法的研究。施工中可先用中空的岩芯钻切割冰体，然后再用桶式钻头或螺旋钻头将其取出孔外的方法进行处理。

结束语：

综上所述，由于多年冻土区的桥梁桩基础很容易受冻胀影响，所以施工时必须采取有效的防治措施，尽量减小冻土对桩壁的冻结力以及冻土的切向冻胀力。在施工时应充分掌握沿线的温度及温度变化情况，然后从改善土基填筑材料、提高土基压实度、设置排水系统、做好保温措施等方面入手，全面提高桥梁基础的抗冻能力。

参考文献：

[1]王金钊.青藏公路多年冻土地区桥梁桩基地基回冻时间的探讨[J].交通科技，2016.

[2]章天明.青藏铁路多年冻土区桥梁桩基础施工技术[J].施工技术，2015.

[3]朱利祥.青藏高原多年冻土地区路基及桥梁桩基施工技术[J].民营科技，2015.

[4]赵国庆.冻土地区桥梁桩基础的施工技术[J].桥梁建设，2016.