高原冻土路基桥涵施工

1 基本概念

1.1 多年冻土:

对于土层来说, 出现冻结状态的主要标志是温度小于0℃, 土体与岩石比较松散, 且含有水分, 并且有一些冰体出现。由于冰具有有效的粘结作用, 就使得土体对外力的抵抗强度大大提高, 含有冰的岩石和土体称为冻土.而冻结状态维持在2年或2年以上的冻土称为多年冻土.

1.2 天然冻土多年上限:

天然条件下的多年冻土上界面, 称为多年冻土上限, 从地表到天然上限埋置深度, 即为冻土的季节融化层.因此最大的季节融化深度就是天然上限。

1.3 影响多年冻土的主要因素

1.3.1 气候变化

1.3.2 环境变化

1.3.3 人为活动

1.3.4 土的成分含水量

2 路基施工措施

影响多年冻土路基工程稳定性的主要因素是热干扰、地基土成分、地下水等, 其核心是多年冻土的热稳定性。在柴木铁路DT7标段冻土范围采取的主要措施为地基土换填、片石通风路基、热棒措施等。

2.1 路基施工季节

2.1.1冻土路基施工的关键是保持热量稳定关系平衡, 消除填土施工或开挖施工造成新的热量传递扩散至多年冻土层, 打破原有热量平衡关系, 因此施工季节的选择尤为重要。我标段DK87+27-DK87+200段27000m3挖方路基按照施工季节安排在9月下旬开始施工。

2.1.2对工程项目的实际特点、人力以及机械设备等在不同条件下的情况进行综合考虑并协调, 要尽量的避开1、2、7、8、12月份的施工, 因为在这些时间段内, 气候环境不适合作业, 我标段于4月10日开始进行施工, 先安排本标段11段高冰冻土地段换填作业, 于6月中旬结束。

2.2 施工组织原则及工艺选择

2.2.1冰冻或溶解区路基施工可按照正常地区的路基施工方法来进行施工, 对于基底的处理可以按照相关的施工要求与基床质量要求来进行。对于路堤的填筑, 可以直接在天然面进行, 施工时不能破坏原有地面植被。

2.2.2对于路基施工方法的选择, 应当对汗冰量比较多的冻土路段加以着重的考虑。应当以快速施工作为重要基础原则, 对每一项工序进行合理的统筹安排, 并保证各项工序的前后衔接, 然后依据每一个施工对象的不同, 来对施工细则进行合理的制定。

2.3 片石通风路堤

我标段DK85+417-DK85+700段路基分布富冰冻土, 冻土上限约3.5m, 冻土下限11.0m-18.5m, 暖季地表融化后, 地表排水不畅, 呈沼泽化湿地状, 松软, 车行易陷, 采取的主要处理措施为片石通风路堤, 共计6482方倾填片石。通风路堤就是堤身空气可流动的路堤结构。使用片石填筑路基, 其原理是利用片石填筑的路基形成的空隙结构形成一种热量传递方式, 使之由一种传热方式变为混合的对流方式, 加快路堤本身的热量散失, 增强基础底部能量储存, 保护基础底部多年冻土不受干扰。

倾填片石通风路堤, 通过倾填的片石层, 增加堤身的孔隙度。冬季时, 气温低于堤体温度, 这一温度梯度在垂直方向的分布特征, 形成堤外比重大的冷空气下降, 置换堤身孔隙内比重较小的热空气的对流换热, 从而不断促进堤身热量的散逸;而暖季由于气温高于堤身温度, 气温梯度逆转, 又抑制了对流换热作用, 减少了堤中热量的积累, 减少了扰动对多年冻土的次数, 提高路堤的整体稳定性。

在片石通风路堤中, 其施工顺序是:先对基底进行处理, 并且使其能够完成验收, 然后再将一层土填筑在上面, 使其形成一个土拱, 再片石进场填筑, 而后铺填砾石及中粗砂过渡层。

(1) 填筑底层30cm土拱层:对原先的地面先进行压实, 地面的横坡缓于1:5, 对表层的植被先进行清除, 将基底的原先的地面挖成台阶, 其宽度不能小于1米, 然后将之前的植被铺到台阶上面, 再将台阶进行压实, 保证台阶表面的平整。如果地表是斜坡时, 应当为单面坡, 以免出现积水问题, 在坡脚的地方, 其厚度不应当小于0.3米, 并且使相应的部位达到压实的标准。

(2) 倾填片石:在倾填时, 片石的厚度应当为1.2米, 在选择石料的过程中, 要求石料的粒径应当在200~400mm间, 没有级配, 抗压强度应当要超过30Mpa, 其他的指标应当与片石的要求相符合, 对于与相关要求不符合的片石, 不能够让其进入到施工场地之中。

(3) 碾压:对石块的摊铺厚度进行检测, 待检测合格之后, 使用重型振动压路机来进行碾压。刚开始碾压的时候, 应当保持一个比较慢的速度, 然后再逐渐增快, 振动的强度也应当先弱后强, 从两边向中间逐渐靠拢, 每一个区段的交接的地方应当保证重叠压实。

2.4 地基土换填

换填法在路基工程热融病害的防治措施中是最为广泛采用的一种, 我标段有11段高冰冻土地段采用粗颗粒土换填的方法处理。它是用粗砂、砾石、渗水土等粗粒土换填冻胀性或融沉地基上, 以达到减弱地基土的冻胀。

换填施工对多年冻土的水热干扰比较严重, 开挖和处理不当, 可影响路基的稳定, 因此选择合适的施工季节和施工时段十分重要。我标段换填路基安排在寒季末、暖季初开挖施工, 以减少对路堤的蓄热。

2.5 热棒施工

2.5.1 热棒作用原理

在土木工程行业中, 热棒技术是一种比较常用的冷冻技术, 这种技术不需要外在的动力源来进行推动, 这种技术从本质上来说也是一种无芯重力式热管。对于使用热棒的路基, 其特点是能够对自然资源进行充分的利用, 然后收到温差作用的影响, 从而对内部制冷工质汽液两相对流循环, 利用蒸发段出现的蒸发作用, 由于在蒸发的过程中, 会出现吸热的情况, 就会使得冻土周围的温度逐渐降低, 使得冻土本身的冷储量大大增加, 保证冻土的热稳定性。

2.5.2 热棒施工工艺

(1) 路基填筑至表层距路肩60 cm时, 对钻孔位置加以确定, 然后再进行打桩作业, 待地质钻运抵到施工现场, 并且安装就位之后, 就可以开始钢护筒的埋设工作。孔径为15 cm, 钻深较设计深度大10~20cm。

(2) 钻孔设备采用GX 1TD型钻机与HA型三脚架、钻杆套管配套, 配备功率为11 k W、1100A型柴油机。钻孔完成后, 对孔径与孔深进行仔细的检查, 待监理师检查合格之后, 才能够开始下一步的施工。

(3) 在热棒中加入介质, 然后使用铜焊将热棒连接成为一个密闭的整体, 然后使用汽车吊, 将热棒吊起, 然后插入到孔中, 对于插入孔中的热棒需要使用2台经纬仪, 对其位置进行测定, 待定位准确之后, 再使用木楔来将其进行固定。

(4) 对热棒进行吊装, 然后再进行安装工作。

3 涵洞施工

3.1 高含冰量多年冻土地段的明挖基础

高含冰量多年冻土地段的明挖基础采用爆破松土、机械清方、人工配合、快速施工的方案, 尽量减少基坑暴露时间, 做好防辐射、防冻胀处理, 在基底铺设隔热层, 减少对基底多年冻土的热扰动。基坑开挖前做好准备工作:测量放线、基准点的埋设考虑冻胀的影响。核对地质资料, 确定开挖坡度、支护方案和开挖范围, 做好地面防排水, 确定弃碴场地和机动车道路, 准备好基坑遮阳防雨棚、基础混凝土浇筑所需材料及机械设备。

3.2 涵节拼装

涵节在预制厂集中预制, 每节长0.99m, 采用钢模板制作涵节, 制作场地平整、坚实, 有良好的防排水措施和防冻胀设施。

涵节上设吊环, 吊环设于凹槽内, 使其不突出顶面, 以免造成拼装困难。吊环位置、大小及制环用钢件按设计布置。

混凝土灌注完毕及时进行防寒养护, 涵节通过验收合格后才可出厂, 用汽车运至现场。

在拼装的时候, 先使用吊车间预制涵节吊起来, 移动到制定的位置之后, 再将起重绳缓缓的放下来, 以免放下来的时候出现移位的情况。如果需要对已经安装好的涵节的位置进行调整的化, 也应当使用吊车来进行移动, 而不能直接用人工来移动。

涵节拼装完毕后, 用φ16钢筋焊接连接相邻涵节间的预埋钢板, 将每一个涵节以及出入口紧密的联系在一起。

3.3 拼装式涵洞施工优点

高原冻土区涵洞工程采用装配式结构, 将质量保证的关键环节由零散分布集约化管理的预制厂, 由生活工作条件恶劣的高原地区转移到环境相对较好的地区, 实现标准化、工厂化生产, 提高施工质量的控制和制造效率。一方面, 施工方便, 安装迅速, 可大幅度提高现地施工安装效率, 加快施工进度, 有效地利用施工的最佳季节, 缩短工期;另一方面, 进一步减少混凝土养生的环节, 加大拼装化比率, 可以延长一年中施工可利用的时期。

4 桥梁施工

4.1 钻孔桩施工

(1) 施工准备

首先, 需要先进性测量放样工作, 对每一个基础桩的桩位定出来, 然后在每一个桩的前后左右位置设置好护桩。对于钻孔场地的布置, 应当尽量的用填筑来代替开挖, 这样做的主要目的是为了减少原地表的开挖所造成的热扰动问题。

(2) 埋设护筒

该桥梁按照设计的要求, 所使用的互通为1cm厚的钢板卷制, 内径比桩径大15cm, 在埋设的过程中, 应当先使用比护筒直径大一个级别的钻头来进行钻孔, 等到钻到设计的深度之后停止, 对护筒进行安放。在安放之前, 先对护筒外侧部分涂满渣油, 等到桩基础施工完成之后, 也不用将其拔出来, 可以将其用作抗冻和防冻融的附加措施。

(3) 钻孔

当钻机对位之后, 先对其进行检查, 如果合格之后, 才能进行钻孔工作。在钻孔的过程中, 应当先用低速慢慢钻进, 等到钻进的深度达到了护筒之下的1m后, 再用正常的速度来钻进。在实际的钻进过程当中, 需要对每一步的钻进情况以及各层的地质状况加以详细的记录。

(4) 清孔

当钻到设计规定的标高之后, 应当及时停止钻进工作, 并对钻孔进行清理。可以采用换浆的方法来进行清孔。在清孔的过程中, 需要先保证孔中原本的水头高度, 以免出现塌孔的情况。

(5) 钢筋骨架制作与安装

应当先在钢筋的加工场地对钢筋骨架进行分段制作, 等到钢筋运输到施工现场之后, 将其吊入到钻孔之中, 然后在孔口地方进行焊接。在焊接的过程中, 使用单面焊的方法, 并且要将接头错开1m以上的距离, 为了使得钢筋骨架的强度有充足的保证, 以免在运输或者是吊放的过程中出现变形情况, 对于钢筋骨架应当先设置加强筋, 然后在钢筋骨架的外面部分, 设置钢筋耳环, 从而对钢筋笼的保护层厚度加以控制。

(6) 灌注桩身混凝土

在桩基成孔之后, 应当先将钢筋笼进行安放, 然后再对混凝土进行关注, 使得成孔的闲置时间减少。对于桩身部分的混凝土, 可以选择低温早强耐久的混凝土。

4.2 承台施工

在进行多年冻土区的承台施工过程中, 对于地基的开挖一定要快。而要将速度加快, 可以使用人工爆破的方法, 然后再在人工配合的基础上, 使用挖掘机对其快速的开挖。在本承台施工的过程中, 由于工期的原因, 在施工时出现了冻土融化的情况, 所以就需要使用遮阳棚来进行施工, 以免由于暴露时间过长而出现地基融化的情况。

在承台施工过程中, 使用的是组合钢模板, 在使用之前, 可以将隔离剂涂刷在模板的正面, 然后用水泥砂浆来做好找平模板底口, 并通过吊车来配合安装。

混凝土应当选择低温早强混凝土, 在浇筑的过程中, 需要对模板的变形情况进行实时检查。

4.3 墩台身、墩帽

对于墩台身, 选择的是厂制大块定型钢模板, 将模板运输到工地之后再进行拼装。在模板连接的地方, 应当使用胶条来做好防水封闭。

在模板顶部的四周地方, 可以设置锚对其进行调整并加以固定, 并且要充分保证墩台身的垂直度, 在钢筋与模板之间使用塑料垫块对来对保护层的厚度加以控制。

以设计要求为标准, 对桥墩的钢板套箍进行安装, 对墩柱的钢筋绑扎完成之后, 对钢板套箍进行吊装, 然后使其就位, 然后使用水平短钢筋, 保证能够和墩台的主筋连接到位, 并将其固定。在这些工作完成之后, 然后再进行墩柱模板的拼装。

在拌合站先对混凝土进行集中搅拌, 然后使用搅拌车对混凝土进行运输, 再使用泵送的方式将混凝土送入到模板这种, 再利用插入式振捣器对混凝土进行振捣。在混凝土浇筑的过程中, 应当保证其能够一次连续浇筑完成。对于混凝土的表面, 应当采用人工凿毛的方式, 使用压力水将表面的杂物清理干净, 并且要保证混凝土的接缝部分与相关要求符合。

在墩台的施工完成以后, 应当对桥梁整体的水平、中线以及跨度实施贯通测量, 并使用魔线将墩台的梁端线、支座十字线以及中心线等标记出来。

摘要：在我国的地理环境中青藏高原具有独特的海拔与气候条件, 也是的在青藏高原上的铁路施工比我国其他地区的施工条件更加特殊。在柴木铁路的DT7标段为多年冻土区施工, 由于水的活动会使得多年冻土出现融化, 是的冻土的天然上限下降, 在季节融化的冻结过程之中, 充足的水分也会使得地基土出现冻胀融沉的情况, 影响结构物、路基的稳定性。因此, 多年冻土区施工是整个施工的关键。要保证冻土地区施工质量, 必须了解多年冻土区的主要病害以及导致病害问题出现的原因, 并采取有效的措施加以改善, 从而使得路基结构的整体稳定性得到有效的保证, 将变形问题控制在一定的范围之内。

关键词：冻土,路基,桥涵,施工