冻土区建筑的生态保护

青藏高原多年冻土区冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。多年冻土区冻土厚度自地面以下深达100～150m。按其特点把冻土分为三层，上面一层叫冻融层，即随着季节的不同，这一层土会发生冻结和融化的交替变化，是一层不稳定结构的冻土;下面一层叫永冻层，也叫冻结层，即这一层冻土是永久冻结的、稳定的，不随气温的变化而变化的。上下两层之间冻土为冻融相变混合层，也为冻土上限，冻土上限随气温不同发生上下移动，决定了上下两层土的厚度不是一个定数，也就是暖季冻融层厚度增加，永冻层厚度减小;寒季则反之。在冻土区修筑工程构筑物，其基础面临两大危险:冻胀和融沉，即寒季冻融层冻结，发生冻胀;暖季冻融层融化，发生融沉。多年冻土区的地基基础工程除满足一般地区的基础功能外，施工和工程尚须克服地基融沉与冻胀所引起的基础变形与不稳定。同时，冻土区施工，还面临着生态脆弱，原有植被一旦破坏，很难恢复的施工难点;为此，中铁二十一局在参加青藏线格拉段十四个站房及沿线部队守护营房等工程施工中，在冻土区的工程基础施工时，注重多年冻土层的保护和基础工程的技术创新和质量控制，以克服地基融沉与冻胀所引起的基础变形与不稳定。同时更注重冻土区自然生态的保护和植被的恢复，多种新技术并用，以使青藏铁路与原有的生态完好地共存，保障青藏铁路的正常运营。

1冻土区基础的施工

1.1施工季节选择

施工季节的选择，是减少基础动土环境热扰动的重要因素。不同类型的基础有不同的施工季节，因为基础类型是根据地基地质条件及其设计原则确定的，故可按基础类型来确定施工时间。条形基础(含筏片基础):夏季地基土融化时开挖基槽，这时可少挖冻土，以节省工时。独立基础:不同设计原则的基础施工季节选择不同。按“保持冻土冻结原则”设计的独立基础，在雨季后冻结前(9－10月)开挖基坑。按“控制融化原则”设计的独立基础，融化季节内施工。桩基础:应选择寒季或寒暖交替的季节施工，其优点如下:一是地表冻融层冻结，场地坚硬，便于施工;二是灌浆后回冻快，短期可冻结成整体基础;三是暖季即将到来，便于基础上部混凝土施工;另外，暖寒交替季节也可施工，但要等到来年暖季才能施工上部混凝土。

1.2钻孔机械的选择

根据青藏铁路多年冻土区施工经验，成孔首选旋挖钻，次选螺旋钻，再选冲击钻，其他钻型则难以适应。选择钻型的原则是要求对冻土扰动最小、成孔效率高、成本低、环保效果好。经过实际比较，旋挖钻和螺旋钻均为干法成孔，对冻土扰动很小，被大量选用，但旋挖钻的缺点是投入大、机量少;螺旋钻的缺点是面对一些坚硬的冻土、冻岩，扭矩不够、钻头强度不够，无法钻进。冲击钻是最普通的钻机，孔内泥浆不循环，扰动不大，也可选用;缺点是掏渣及泥浆池对环保不利，不符合青藏高原环保的原则，必须环保措施到位，如配钢制泥浆池、掏渣池等，方能使用。

1.3施工准备

按施工组织设计做到三通(道路、水、电)一平(建筑场地)。施工用临时场地(混凝土拌和、成桩存放、原材料堆码场地)的设置必须符合冻土和环境保护要求，即场地设在植被较差地段、废弃建筑场地遗址上，或者场地设置隔热保护层。遗弃建筑垃圾堆放地应远离施工房屋。建筑场地排水设施畅通。施工放样:测量放样遵循“由整体到局部的原则”，先放样基础梁位，再由梁位控制桩放样桩位，桩位放样时，桩的纵横允许偏差不大于5mm，并在桩的前后左右距中心2m处分别设置护桩，以供随时检测中心和标高。测量控制桩要注意冻融保护，防止地表扰动、冻融引起桩位变动。

1.4钻机作业平台设置

施工考虑冻土融化对钻机稳定的影响，要对钻机工作范围内地表距离桩1m左右填筑钻机作业平台，作业平台宽度5～7m，厚度50～70cm，填筑材料选用片石。为避免地表水及冻结层上水流渗入钻孔，在桩位的另一侧挖排、降水沟以排降地表及冻结层上水。排、降水沟深度一般在1～1.5m，距桩2～3m。钻机作业平台及排降水沟布置如图1所示。

1.5钢护筒的制作与安装

为防止桩孔周围上部冻结土体在施钻过程热融塌落，需在桩上部埋设外护筒。护筒用6～8mm厚钢板制作，内径比孔口大100～200mm，埋深1.5～2.0m，高出地面30cm。如果护筒埋设深度较大，可以进行续接。护筒可循环使用，但只有当灌注完成后方可拔除护筒。外护筒采用旋挖钻机旋转压入，应保持护筒的位置正确、稳定，护筒中心与桩位中心的偏差不得大于5cm。灌注混凝土后外钢护筒拨出以循环使用，内护筒成孔后安装，灌注后不拔出成为永久钢护筒。为减少冻融过程中桩的切向力对桩的冻拔作用，内护筒外侧涂刷1cm厚渣油且应埋入冻土上限以下最小0.5m。内护筒安装后，应对其直径、高度、轴线偏位及垂直度进行检查，合格后方可进入下道工序。

1.6人工挖孔桩

人工挖孔桩施工工序除机械钻孔的部分工序不同外，其他基本相同，但需注意采用特殊防护措施，防止冻土发生消融变型后导致严重塌孔，在开挖全程中要进行全过程的温度控制，在开挖过程中可采用搭建防风遮阳板等隔热防护措施，达到避免和控制冻土消融现象。应注意温度的监测与控制。表1是在沱沱河站工程开挖全程中进行温度控制，经过测控得到的一组数据(温度均为开挖期间的平均温度，月份:4月，地点:沱沱河一工地，海拔高度:4533m)。通过对上数据对比可以看出经过搭建防风遮阳板和使用保温板后，温差明显变小，对于井桩的开挖，对于冻土的稳定起到了关键的作用。

1.7不同类型房屋基础操作要点

1)桩基施工首先要注意地表及冻结层上水之降排水，钻孔完毕及成孔检查合格后要迅速进行混凝土灌注。2)基坑开挖及地基梁体混凝土施工要按照快速施工的原则组织施工，以避免或尽量减少对基坑周围冻土环境的破坏。3)在低温或负温下养护且不与冻土层直接接触的混凝土结构时，混凝土的入模温度控制在5～10℃。4)梁体侧面防切向冻胀力所涂1cm厚沥青油渣厚度必须保证。5)钻孔是桩基施工的关键环节，按照基础设计图放线定出桩位，避免钻孔偏位或不垂直。当一排桩数较多时可依桩线铺设钻机轨道，以方便钻机移动，钻头对位容易而准确。钻孔时要时常核对钻机钻孔位置及钻孔深度;最好使用大功率的旋转螺旋钻机，它可自动出碴，一钻到底，孔径也很标准。6)避免地表水和土中潜水浸人孔中造成孔壁冻土融化下塌，同时也防止水在孔中冻结而使钻孔报废。7)成孔后立刻进行桩基混凝土浇筑。灌注前必须检查孔径、孔深，如不符标准。需修正后再灌注。8)各类基础露天过冬，都须采取相应的防冻胀措施，以确保基础不受冻害。