淺談凍土地區樁基特性及施工工藝

李輝華，李慶超

河南德馨高速公路有限公司，河南 商丘 476000

我國經濟的持續發展，交通運輸業的進步帶動著公路工程向縱深方向延伸。由于我國地形復雜，在山區丘陵河流地帶修建公路橋梁對施工技術無疑提出了更高的挑戰。橋梁工程是交通工程的樞紐，工程質量的好壞施工技術是關鍵。高原凍土是我國交通工程施工中常遇到的施工環境，我國克服世界性技術難題，成功修建了貫穿中東西三部的交通大動脈并積累了豐富的經驗。受自然條件的影響，多年凍土地區橋梁由于地基的凍融作用，往往會產生各種質量病害，在施工的過程中很難克服。為圓滿完成工程施工，確保工期和質量、合理控制工程造價，在施工的過程中，要立足于專業化、機械化、標準化施工，重點工序重點安排，特殊部位特殊考慮，并結合工期和工程實際進行統籌，盡量做到現場布置合理，方案切合實際，施工組織科學。

在凍土地區施工，需要克服很多的技術性難題，在施工的過程中，機器、技術人員、機械作業等都會給凍土帶來一定的熱量，這些熱量由熱源逐漸向周圍凍土傳播，破壞凍土的穩定凍結狀態，從而影響工程的地基，導致樁的承載力嚴重下降，凍土的凍結強度降低，直接影響施工進度和工程質量。以下對凍土地區的樁基特性及施工技術作以簡要闡述，以便優質高效安全的完成工程。

1 凍土地基特點

1.1 融沉性

凍土的融沉性是指凍土在融化的過程中，土體受溫度變化的影響，由自然狀態的冰轉化成水，在轉化的過程中，土體受自重壓密的作用下產生下沉。發生這種變化不僅由于水與冰的物理性質差異，在轉化的過程中體積減小，土體孔隙比減小，同時土體內融化產生孔隙水的消散與排泄，凍土的融沉性受多種因素的影響，但主要與凍土的含冰量密度、粒度成分及孔隙水的消散等因素有關。

1.2 凍脹力

地基土凍結時，在開放體系與封閉體系會產生不同的力。孔隙水開放體系中侵入推開土顆粒并凍結所產生的力，凍土在封閉體系中水分凍結體積擴張的內應力，稱為凍土的凍脹力。凍脹力主要作用于基礎表面，當工程結構物的附加荷載和重量之間產生不平衡時，結構物便會發生凍脹變形，嚴重時將對結構物產生巨大的破壞。根據凍脹力作用于基礎表面的方向、部位的不同可以對凍脹力作不同的分類，主要有以下幾種劃分：水平凍脹力、切向凍脹力和法向凍脹力。

1.3 凍脹性

凍土地基受長年自然冰凍的影響產生凍脹性，這是影響工程結構物尤其是橋梁工程樁基穩定性的重要因素。處理不當或施工技術達不到一定的標準將對工程質量產生嚴重的影響。在自然界中，土體中的水分產生相變，受大氣溫度變化的影響，從而土體積收縮或膨脹。收縮現象，稱為凍土融化，膨脹現象，稱為土體的凍脹。在溫度的影響下，土體內的水分逐漸凍結成冰，體積膨脹引起自身物理性質的變化。土體的凍脹性受多種因素的影響，但綜合來講主要因素有：土體埋深、土顆粒粒徑、土體含水量、土體密度等。

2 計算模型及基本假設

1）在施工前要預先進行模型計算和基本假設，這是保證施工有計劃進行的重要保證，以便在遇到問題時能夠及時采取對策。在混凝土灌注入模初期，受自身物理性能的影響，其水化放熱速度比較快，這時候把澆注初期的混凝土進行絕熱溫升處理，可以有效平衡傳熱速度。混凝土主要1周到12天時間內完成放熱，凝土入模后7d～12d 內放出絕大部分水化熱使其升溫，計算中混凝土的初始溫度宜采用混凝土絕熱溫升的溫度；

2）根據施工環境具體安排施工器械，組織施工步驟，本文以我國凍土地區中具有代表性的濕潤性地段為研究對象，針對中橋樁基礎的鉆孔灌注樁進行分析，該工程樁長為20m，樁直徑為1m。經初步的試驗性計算，樁底和樁側界面應分別取凍土下限和水化熱對凍土熱撓動范圍外限。

3 施工工藝和方法

3.1 鉆機選擇

選擇鉆機要根據施工的具體需要合理選取，最大限度的保證施工的需求，在樁基施工時宜采用旋挖鉆機成孔施工工藝，有效推進施工進度。

3.2 施工準備

做好施工前的準備工作是保證工程順利推進的重要保證前提，首先進行先測量放樣，確定各樁的位置和深度，樁的縱橫允許偏差≤±5cm，保證施工的安全性在樁的前后左右設置護樁，同時有利于隨時檢測標高和樁中心。鉆孔場地為減少對原地表開挖引起的熱擾動在布置時盡量以填代挖。

3.3 埋設護筒

按設計要求將護筒埋入凍土上限以上一定深度，并外表面涂以渣油，增強其耐腐蝕性，施工完畢后對護筒予以保留，這樣有力于減小凍土對樁基礎上拔力，同時減少外表面的親水程度。護筒材質要適當，一般采用5mm～6mm厚的鋼板卷制。鉆機就位后，首先對地表穩定性狀況進行勘測，當地表土穩定性較好，沒有地表水時，鉆機鉆孔一般先用比護筒直徑大一級別的螺旋鉆頭施鉆，鉆至凍土上限以下〉0.5m深度后停鉆。安放護筒前，將護筒外側涂滿渣油，用渣油拌制的粗粒土將護筒孔壁與外側所形成的空隙填密實。

3.4 鉆機就位

采用自動化系統對預制安裝好的鉆機就位，開鉆作業前，應調整位置、機架桿垂直度，防止因鉆桿晃動引起增加孔底虛土及擴大孔徑。

3.5 鉆機鉆孔

鉆進過程中，根據地質情況的差異選用合適的鉆頭。旋挖鉆進是利用旋挖鉆頭旋轉切入土體，同時利用旋挖鉆頭鉆桿頂的液壓馬達往下壓，土被擠入料斗中，再提出孔外，直接裝入自卸汽車。

4 結論

綜上所述，凍土工程無論是設計還是施工都有不同于一般地區的特殊性，通過施工實踐可知，我們還有一些問題亟待解決，凍土地區工程的耐久性還需進一步去實踐驗證。由于作者能力有限，文章中寫作的不到之處望行業同仁多多指正，今后亦會時刻保持積極探索不斷進取的精神，加強相關理論知識的學習，爭取為我國凍土施工技術研究方面做出更大成果。

[1]李述訓，吳通華.凍土溫度狀況研究方法和應用分析[J].冰川凍土，2004(4).

[2]姚偉峰，楊杰，蔣世章.振沖碎石樁復合地基承載力研究現狀[J].大眾科技，2010(3).

[3] 李棟偉，汪仁和，胡璞.凍土中錐型樁模型試驗研究及有限元分析[J].巖土工程學報，2006(S1).

[4]呂曉亮，周國慶，別小勇.未凍土和高溫凍土中樁基承載性能試驗研究[J].巖土工程技術，2007(3).

[5]熊煒，劉明貴，張啟衡，等.多年凍土區樁基溫度場研究[J].巖土力學，2009(6).