2021-4-13 | 桥梁工程论文
一、冻土区地基的工程特性
1.冻胀力
冻胀力在基础表面作用的部位和方向不同，可分为切向冻胀力、水平冻胀力以及法向冻胀力三种冻胀形式。对公路桥梁桩基础进行设计时，应该对此考虑周全，以预防各种冻胀力对基础产生作用，导致其上拔或变形。
2.融沉性
在冻土区当大气温度上升，冻土融化时，在自重压密作用下，会产生下沉现象，同时孔隙水逐渐流失，这种现象即为冻土的融沉性。冻土的融沉过程，不仅是因为冻土中的冰晶变成水后，体积变小了，还因为在融沉过程中，土体孔隙中的水分消散与下沉，致使土体孔隙变小。融沉性与冻土的粒度成分、冰晶体的含量以及孔隙水率等因素有着密切的关系。
二、冻土区桩基础的施工
1.施工准备
施工队伍进场前，应该对冻土的知识及相关处理技术进行认真的学习和严格的规范。桥梁桩基础施工之前必须对设计文件进行仔细的核对，对桥梁桩基础施工位置的地质情况进行认真调查和详细核实，必要时可进行进一步的地质勘察；对施工机械设备进行合理的选择和配套组合，尽量选择能够适应高海拔、高寒地区作业的施工机械，同时充分考虑机械的功率问题；结合施工进度安排，做好施工材料的采购及储备工作，如果在高海拔地区施工，则必须保证材料供应的充足；将测量控制桩设置在土层结构或基岩相对稳定的位置，然后用混凝土进行防护，对于埋入冻土层的控制桩，如果需要跨冻融季节使用，其埋深应该大于冻结层上限的2倍，桩周应该回填粒径较粗的土，避免由于冻融而产生桩位偏移。
2.钻机选择
根据冻土区的施工要求及施工经验选择符合条件的钻机，从而保证施工的质量及施工进度，在冻土区进行桥梁桩基础施工时，应该采用旋挖钻机来进行钻孔。
3.测量放样
测量放样是保证各项施工工序精确进行的前提，放样时需要确定基础各桩的桩位，将桩的纵横误差控制在5cm范围内。在桩的周围设置上护桩，以方便随时对桩位及标高进行检测。钻孔场地应该处理平整，尽量减少对原地表的开挖和热扰动。在钻机底部发动机散热部位设置上隔热垫层，从而减少对地基的热侵入。
4.护筒埋设
在冻土区施工时护筒不仅可保护孔口，避免塌孔，也能有效提高桩基础对冻土的抗拔力。施工时需要将护筒埋入冻土限以下一定深度，将其外表涂刷上一层渣油，成桩以后不用将护筒拆除，这样可减少外界水的入侵，降低冻土对桩基础的上拔力。护筒可采用一定厚度的钢板制作而成，其内径和尺寸都应该符合设计要求；在多年冻土区护筒埋深应在冻土上限以下不小于0．5m；由于护筒表面需要涂刷渣油，所以埋设时应该采取一定的保护措施。当地表土的稳定性较好，且不存在地表水时，在钻机就位后，可选用比护筒直径大的螺旋钻头钻进到设计深度，然后安放护筒。放护筒时应该先将外侧涂上渣油。护筒外侧与孔壁之间的空隙可用渣油拌制的粗粒土进行回填。
5.钻机就位
对钻机进行固定和调整，钻孔前，对机架杆垂直度和位置进行调整，对钻杆的稳定性进行检查，避免钻进过程中出现大幅晃动。
6.钻进
钻孔方法有两种，即干法钻孔和湿法钻进。干法钻孔是指在护筒埋设完成后，进行钻进。利用旋挖钻头钻杆顶液压马达往下压，使旋挖钻头以旋切的方式进入土体，土被挤入料斗中并送出孔外。钻进时需要结合地质情况来选择不同的钻头；湿作法主要应用于粘性土、砂类土、碎石类等处于地下水位以下的土质区域。湿法作业需要拌制泥浆，采用优质的粘土配制成泥浆，存入到钢制的泥浆池当中。钻孔桩所需要的泥浆不能随意排放。钻孔过程中排出的废渣必须运送到指定地点倾倒；钻孔时，先低速钻进，当钻到护筒下1m后，方可进行正常速度的钻进。在钻进过程中需要对泥浆的循环状态进行观察，保证钻渣能够及时排除，同时还需注意土层的变化；当钻进到设计深度后，可停止钻进并及时进行清孔，清孔可采用换浆法。将钻具提高一定高度，钻头继续旋转，供浆继续；在整个过程中都需要对孔深、孔径、孔底以及孔壁的情况进行检查，以确保成桩后的质量。
7.钢筋笼制作
因为在冻土区施工，所以制作钢筋笼时应该采用“预热闪光对焊、闪光→预热→闪光”的焊接工艺。如果钢筋端面比较平整，可采用预热闪光焊，而如果钢筋端面不平整时则需要采用“闪光→预热→闪光”的焊接工艺。
8.混凝土灌注
在桥梁桩基础成孔以后，应该及时安放钢筋笼和灌注混凝土，中间间断的时间不能过长。如果不能及时灌注，需用钢板将孔口盖住，并在上面覆盖草袋等保温隔热材料。由于混凝土输入冻土时会带入较多的热量，对冻土会产生一定的热扰动，所以要控制好混凝土入孔时的温度，尤其是在高含冰量的冻土层中，应该尽量将混凝土入模的温度控制在0～5℃范围内。在混凝土灌注完成后，应该在桩表面进行保湿覆盖养生。对于承台底面高过地面的桩基础，应该对露出地面的钢护筒外包裹一层隔热保温层进行蓄热养生。
三、结语
由于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。在设计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，全面提高桥梁桩基础的抗冻能力。
作者：田永全 单位：中建新疆建工路桥工程有限公司