凍土地區鐵路工程施工技術研究

劉華娜

鄭州鐵路技師學院鐵道工程系（450000）

0 引言

我國擁有超過190 萬平方公頃的多年凍土區，在凍土地區修建鐵路是社會經濟發展的需要。凍土會對鐵路施工帶來極大的影響，為此，相關人員要提高對凍土特性的認識，加強凍土地區鐵路工程施工技術創新，找到更為科學合理的施工方案[1]。

1 凍土

凍土，亦可稱之為凍原或者苔原，從自然地理學角度而言，主要是指因氣溫低、生長季節短而難以生長植物的環境；從地質學角度而言，主要是指0 ℃以下且含有冰的各式各樣的土壤、巖石。作為一種特殊土體，凍土的物理特性與溫度有著緊密聯系，對溫度變化十分敏感且性質不穩定。同時，凍土還與土中的含冰量存在一定關聯，而含冰量又與溫度呈負相關關系，即：隨著溫度上升，凍土的含冰量會不斷減少，凍土的力學特性隨之發生明顯改變。通常而言，凍土主要分為短時凍土、季節凍土和多年凍土；而溫度在冰點以下超過兩年的凍土被稱為永久凍土。地球上近一半的陸地都是短時凍土、季節凍土或多年凍土區，其中，多年凍土區的面積更是占到地球陸地面積的1/4。俄羅斯、加拿大幾乎一半的領土均為凍土區，阿拉斯加近85%的地區為凍土區； 我國有超過190 萬平方公頃的多年凍土區，且主要分布在青藏高原、大興安嶺及喜馬拉雅山、阿爾泰山、天山等山地區[2]。

2 凍土地區工程施工常見病害

2.1 凍脹

作為凍土地區路基施工中十分常見的一種病害，凍脹會使路面出現裂縫和不平整現象，從而對車輛的安全運行造成不利影響。而道路路基之所以會發生凍脹病害，主要是因為在氣溫不足0 ℃時，凍土中的水會固化成冰，進而使道路產生凍脹病害。另外，大量水分補給也是凍脹的重要影響因素，所以，道路凍脹是在土質、溫度、水分的綜合作用下形成的。

2.2 融沉

融沉主要發生于含冰量相對高的黏質土路段。當路基基底的多年凍土上方或者路塹邊坡上存在較厚的地下冰層時，因為地下冰層埋藏的不夠深，所以多年凍土會隨著自然環境變化而出現融化情況，在土地自重及外力的影響下，使得上覆土層發生沉陷，從而引發路基變形。融沉一般表現為路堤向陽側路肩、邊坡開裂及下滑，或表現為路塹邊坡溜坍等。融沉速度通常比較緩慢，有時也會在長時間慢速下沉后突然快速沉陷，并造成兩側部分地基土隆起。究其原因，主要在于路基基底因含冰量多的黏質土融化后處在過飽和狀態，喪失了任何承載力，再加上路堤兩側融化情況不一致，造成基底產生一個不平整的凍結滑動面[3]。受外力影響，處在過飽和狀態下的黏質土從凍結面擠出，路堤即刻形成嚴重沉陷，對行車安全帶來極大威脅。

2.3 翻漿

翻漿與路基凍融息息相關。在寒冷的冬季，多年凍土地區的路基表面會逐漸發生凍結，進一步形成路面裂縫；而進入春融時期，溫度回升，路基的上部開始融化，而路基的下部則仍處在凍結狀態，由于大量的冰水難以排除，便造成路基上部進入飽水狀態，只要受到外部作用力影響，路基便會出現翻漿冒泥現象。

3 凍土地區鐵路工程施工技術

凍土地區復雜的地質條件給鐵路工程施工帶來一系列難題，鑒于此，施工企業應制訂科學合理的施工設計方案，并加強施工管理，以提高鐵路工程的施工質量。

3.1 凍土地區橋涵基礎施工技術

凍土地區橋涵地基設計應遵循保持凍結、允許融化兩大原則，其中前一項原則適用于多年凍土及低溫穩定區，但含有冰層的凍土區除外；后一項原則適用于不穩定的多年凍土區，地基土融沉性小，諸如多冰凍土、少冰凍土，含泥量在10%～15%的粗顆粒土等。橋涵基礎施工的重中之重在于拼裝式基礎施工及現澆基礎施工[4]。其中，基礎拼裝是施工中的關鍵環節，為切實滿足正確就位及平整度要求，施工過程中應開展好下述幾項工作： ①人工拼裝與吊車拼裝有效結合，從入口端著手，按照順序開展拼裝工作，直到拼裝成型；②拼裝前采集橋涵相關基礎數據，同時在零部件上設置中心線及吊裝順序編號，以此保證拼裝的順利進行；③墊層頂部應有效找平，以保證橋涵基礎受力均衡，并且還應確保橋涵基礎的頂面高差與設計要求相符；④基礎拼裝期間，施工人員應借助相關儀器設備調節各個基礎部件的位置，并有序拼裝，以此保證各基礎部件順利地安裝到相關部位；⑤基礎拼裝結束后，為確保全面拼裝工作的有序開展，還應依據相關要求開展沉降縫施工。

3.2 凍土地區混凝土施工技術

凍土地區主要集中在高原地區，其某些地段的河流中含有有害離子，會對路段產生侵蝕影響，另外某些地段還面臨風沙侵蝕的影響。在該種環境下，要求混凝土具備良好的性能。應選用耐低溫、高性能的混凝土，以滿足凍土地區的施工要求。在凍土地區進行混凝土施工，應當開展好下述幾項工作：

1）原材料選購。拌制混凝土的原材料應與凍土地區鐵路工程施工相關要求相符。水泥可選取普通硅酸鹽水泥或硫（鐵）鋁酸鹽水泥，但硫鋁酸鹽水泥切忌與硅酸鹽水泥等堿性材料混合使用；硫（鐵）鋁酸鹽水泥可應用于鋼筋混凝土現澆細薄截面結構、裝配式結構及孔道灌漿。拌制混凝土所采用的骨料應進行清潔處理，確保其中不含有凍塊、冰雪等物質；可選用級配達標的碎石或者卵石，并且其堿活性指標應與相關要求相符。

2）試配。用于凍土地區施工的混凝土，其耐久性滿足要求是配合比設計的一大前提。所以，應綜合考慮混凝土的使用部位、原材料情況、地質環境、環境溫度等因素進行合理試配。

3）混凝土拌制過程控制。在開展凍土地區混凝土施工時，混凝土應統一拌和、供應，切忌分散拌和。在每次開盤前，相關人員應提供對應的施工配合比，為攪拌作業提供依據。拌制設備應裝置于溫度在10 ℃及以上的暖棚中，同時拌制混凝土前及拌制結束后應采用熱水對拌制設備進行沖洗。拌制混凝土時要添加引氣劑等外加劑，其摻量不合理將會對施工帶來不利影響，所以應安排專業人員對外加劑摻量進行管理；在混凝土拌制前，應預先將外加劑配制、分裝好。倘若采用液體外加劑，則應密切關注溶液溫度變化并檢測溶液的濃度水平，一方面可以確保稱量的準確性，另一方面可以提升混凝土的拌制質量和效率。

4）混凝土澆筑。混凝土澆筑前應對模板進行全面清理，確保模板設置穩固并符合混凝土側壓力要求。如果模板上存在孔洞、縫隙，則應進行修補處理，以防止漏漿。混凝土應分層澆筑，分層的厚度應結合混凝土拌制能力、振搗能力、澆筑速度等進行綜合確定，且應控制在30 cm 以內[5]。與此同時，混凝土澆筑作業應連續開展，如果需要間歇作業，則應結合水泥性能、水灰比、環境溫度等情況確定間歇時間。如果出現超時情況，則應按澆筑中斷處理，留置施工縫并作好記錄，為后續施工縫處理提供依據。

4 結語

凍土地區地質條件復雜，給鐵路工程施工帶來很大的困難，對施工技術的要求也十分嚴苛。為此，相關人員應結合凍土地區實際情況制訂科學的施工方案，確保施工工序合理，切實提高鐵路工程施工質量，保障鐵路工程可投入安全運行。