1、刍议冻土区钻孔灌注桩施工的方法及心得摘要：本文首先分析了冻土地区的工程特性及冻土对钻孔灌注桩的影响，然后通过实例介绍了冻土区钻孔灌注桩的施工方法，最后阐述了保证冻土条件下桥梁工程质量的技术措施。 关键词：冻土；钻孔灌注桩；施工 中图分类号： U443.15+4 文献标识码： A 文章编号： 冻土既有一般土类的共性，同时又具有特殊性质的复杂土质，与其他土类相比，冻土最大的特点是在热力学方面的不稳定。在冻土区进行桥梁钻孔灌注桩施工，必须考虑由于施工对冻土扰动产生的冻胀、融沉现象，破坏冻土的稳定性，造成施工困难和影响构造物整体稳定性的情况。鉴于这样的情况，须在工程施工前制订完善合理的施工方案，才能保
2、障施工顺利进行并且避免构造物质量和使用性受损。 1 冻土地区的工程特性 1.1 冻土地基的冻胀融沉。 受自然温度影响，土体中的水分产生相变，水分冻结成冰，体积膨胀引起土体膨胀。同样，在气温回暖，温度升高的情况下，土体中的冰融化成水，会导致土体体积收缩。这种现象称为土体的冻胀。土体冻胀情况在季节性冻土区较为明显。冻土地基的冻胀性是影响桥梁工程稳定性的重要因素。情况严重时，与桩表面冻结在一起的土体发生冻胀，会在钻孔灌注桩表面产生切向冻胀力，当切向冻胀力大于桩顶恒载、桩身自重与冻层下方土体的摩擦力之和时，会导致桩体上拔，称为冻拔现象。在冬季出现的上拱桥，就是因为冻拔现象产生的。土体融沉是在冻土融化时
3、，在自重作用下，随着土体中水分流失，土体体积缩小，地基整体下沉。有时会导致桥梁基础外露，构造物下沉，影响桥梁整体稳定性。冻胀和融沉现象都是直接影响桥梁工程的重要因素，对于钻孔桩基础，冻胀现象影响更大一些。 1.2 回冻 由于采用钻孔灌注桩，在桩基础的施工过程中不可避免的对原地基造成一定的扰动，施工活动产生的各种热量钻孔的摩擦热、回填料的热量、灌注混凝土的水化热等，使桩基地温场急剧变化，引起桩基四周一定范围内的地基土升温融化，随着时间的推移，这部分桩基周围的土又逐渐回到冻结状态，这一过程称为“回冻” 。桩基回冻时间的长短直接影响后续施工进度的快慢，回冻到什么状态即能否回冻到接近天然状态直接影响桩
4、基的承载能力。回冻过程受地基土的热物理特性及桩的类型、大小、钻孔方法及施工季节等各种因素的影响，桩基的回冻与混凝土的入模温度、灌注施工季节、冻土类型等因素有关。 2 冻土地基对钻孔灌注桩的影响 在钻孔灌注桩施工中，会对冻土地基引入一定的热量。在钻孔时，钻机与孔壁摩擦、撞击会把一部分机械能转化为热能传导给孔壁土体。在混凝土灌注后，灌注桩混凝土水化热会给桩周土体带来很大的热扰动。在桩周土体融化后重新回冻时，会把热量传导给周围的土体，导致冻结强度降低，致使桩的承载力下降，影响其稳定性。所以，我们在进行钻孔灌注桩施工时要尽量考虑到更多的影响因素，比如，控制钻机频率和冲程，控制混凝土入孔温度，控制成孔后
5、闲置时间等。 3 公路冻土桥钻孔灌注桩施工 现阶段对于冻土区钻孔灌注桩施工已经有很多有针对性的实际施工经验被总结出来并通过了相关部门科技成果鉴定，如在 2012 年初黑龙江省科技厅通过的，由龙建公司马义春所著的多年冻土层冲击钻孔施工技术研究 ，提出了很多优秀的施工工艺和方法，并且已经应用到了实际施工当中。在施工前，要结合具体自然环境，做好地质及水文勘探，根据实际情况完善施工方案，尽量减小冻土对桥梁质量的影响。下面是前嫩公路 K103+740 冻土桥施工中，制订的部分针对冻土施工的措施描述，可以作为案例供大家参考。 3.1 自然环境 前嫩公路是自伊春市前锋农场经北安至嫩江的一条高等级公路，K10
6、3+740 冻土桥位于通北林业局境内，该桥所在位置原有地表被塔头沼泽地覆盖，冬夏两季冻融深度约为 2m，地下 26m 为常年永冻土层，由于该地处于林区，土层没有受到人为破坏。 3.2 施工准备 在场地平整上施工单位采取了只填不挖的施工方法。这样可以避免由于破坏地表隔热层导致冻土层受到热扰动加大的情况。 3.3 成孔方案 成孔采用双护筒施工，采用旋挖钻进行施工。内护筒长度 8m，外侧涂 1cm 后渣油，为永久护筒。内护筒透过永冻层，防止孔壁冻土融化、滑塌。同时作为隔离桩周土与灌注桩的隔离层，减小桩周土冻胀对桩体产生的切向冻胀力。外护筒长 2m，起到保护孔口防止孔口坍塌的作用。使用旋挖钻有成孔速度
7、快的优势。可以减少孔壁冻土裸露时间，降低融化程度。同时可以减小与冻土层的摩擦、碰撞，降低热扰动。相对于使用冲击钻可以更好的维护冻土的稳定性。 3.4 混凝土施工 在材料选择上，由于灌注桩位于多年冻土中，地下温度低于 0，施工单位使用了低温早强混凝土来保证桩基础的混凝土质量。在混凝土灌注控制上，施工单位通过降低原材料温度和夜间进行混凝土灌注的方式来控制混凝土入模温度，从而控制混凝土带入桩中热量，达到降低对冻土热扰动达到最低的目的。 4 保证冻土条件下桥梁工程质量的技术措施 4.1 结构措施 根据多年冻土的工程性质以及影响结构物稳定性的因素，对于桥梁工程为了防止产生病害，设计上基础采用深桩基础，将
8、桩基嵌入多年冻土内一定的深度或穿过冻土层，以防止基础产生变形。 4.2 减少切向冻胀力的技术措施 切向冻胀力使冻土地区桥梁产生冻害的一个重要因素，因此在设计和施工时要充分考虑减小它的一些措施。如果冻土层薄通常采用换填粗颗粒土的方法，若冻土层较厚则要采取装套管或涂膜润滑油脂的方法，另外，在季节融化层内并嵌入多年冻土层一定深度设永久护筒，并在护筒外涂油渣。总之，要保证桩侧面尽量光滑。 4.3 减小法向冻胀力的技术措施 对于承台主要是受法向冻胀力的影响，减小法向冻胀力一般采取以下措施：在冻胀丘地带，设计采用高桩承台，即将承台悬空与地面，以避免地面冻用冻胀时使承台产生冻胀变形。在一般冻土地带，将承台底
9、部换算的粗颗粒土，有些地方还在承台底铺设的聚丙烯板作为缓冲层，以减小法向冻胀力的影响。 4.4 施工中遇到的问题及解决的方法 冻土地层中往往夹有含土冻层，在钻孔和灌注过程中，由于受外界温度的影响，该层很易融化致使孔壁坍塌。解决方法只能加快成孔和灌注速度，若不能及时灌注，孔口要及时覆盖，尽量减小外界温度对成孔的影响。某些地段桩基设计穿过多年冻土层，桩尖处于融区状态，往往该处有地下潜水和流砂层的存在，使得成桩困难。解决方法只能采用跟护筒钻进钻机，没有其它更理想的方法。针对冻土区桥梁桩基施工，必须改变沿用的消极被动保护冻土的措施，采用积极主动的保护冻土措施，即冷却地基的办法，以确保工程的稳定。 5
10、结束语 从前面的内容可以看出，在冻土地质的条件下进行钻孔灌注桩施工，要结合实际环境，制订出有针对性的施工方案。无论是季节性冻土还是常年永冻土，我们都可以抓住其特性，从施工准备、埋设护筒、成孔直到灌注混凝土，控制好各个环节，减小冻土对工程质量的影响。在冻土地区桩基施工中一般采用旋挖钻施工方法，此方法在国内比较成熟。但由于各种原因导致旋挖钻无法施工而必须采用冲击钻施工时，在采取以上工程措施时，只要把握住钻孔灌注桩施工的各个环节，有针对地采取工程措施，多年冻土区钻孔灌注桩问题可以有效地得到解决。 参考文献： 1朱玉峰，武成平.高原冻土区桥梁基础施工技术J.山西建筑，2004（05） 2张国忠.冻土区桥梁旋挖钻机灌注桩基施工J.黑龙江交通科技，2012（07）
