高原严寒地区钻孔灌注桩施工技术

高原严寒地区钻孔灌注桩施工技术
摘要：钻孔灌注桩是一种基础形式，对各种地质地形条件具有较好的适应性，
而在高原严寒地区使用钻孔灌注桩基础施工，由于高寒地区气候地质条件的特殊性，在形成设计承载力之后，灌注桩能有效抵御未来气温变化，对冻土扰动程度
较低，且具有施工简单、设备投入不大、易于操作等优点。

本文将以丹拉高速某
区段公路桥梁施工为例，阐述在工期紧张、地质复杂、环境恶劣的条件下如何进
行钻孔灌注桩施工。

关键词：高寒地区；钻孔灌注桩；施工应用
一、工程概况
某进藏公路，是贯穿中国大陆的中、西部的国道主干线，终点为西藏自治区
拉萨。

该公路目前有部分为高速公路，其它为一级或二级公路。

其中沿线经过多
段高原地区，尤其是进入国道主干线西宁国境公路段之后，由于青海、西藏地区
地势气候的特殊性，公路桥梁施工难度较大。

具体来说，大部分地区的可利用土地资源质量差，且水资源缺乏、气候恶劣、自然植被的覆盖率普遍较低，生态环境系统很脆弱。

区内平均海拔高程4000m以上，寒冷干旱，气候多变，四季不明，空气稀薄，一年内冻结期长达6-7个月，
蒸发量远远大于降水量，多年冻土区域平均气温在-2℃- -6.9℃，12月-1月平均气温只有-15℃左右。

这些恶劣的气候自然条件给公路桥梁钻孔灌注桩施工带来了很大的困难。

该区段钻孔灌注桩施工具有施工工期较短、施工条件恶劣复杂、施工难度大、环保要求高等特点。

由于高原严寒地区存在冻土现象，受到地基冻融作用和冰丘、融冰滑塌、融冻泥流等不良地质的影响，公路桥梁基础容易出现各种病害。

加上
在施工时出现施工方法不当、在高寒地区施工经验缺乏、对当地地质气候资料掌
握不全等原因，在施工时很容易出现质量或安全问题。

二、土体冻胀对公路桥梁桩基的影响和防冻胀措施
高原严寒地区的冻土，在其冻结的过程中会产生水分迁移变化，在渗透力作
用下水分会从未冻结区域向冻结锋面迁移并在锋面形成冻土，这样土的冻胀情况
将更加严重。

在地基土水分冻结时会产生冻胶粘连接，使土和基础胶结在一起，
由于地基土土质条件、水分条件和冻结条件等不同，所以桩基础冻胀并不均匀，
容易造成对该区域公路桥梁的破坏。

主要影响土体冻胀的因素是土体类型、含水
情况和冻结条件，根据对作用于基础的冻胀力分析，水平冻胀力相互抵消，切向
冻胀力和法向冻胀力是破坏工程的主要原因。

所以在工程施工中为了避免对工程
的破坏，可利用钻孔嵌入一定深度，然后将护筒埋设于冻土中，成桩后可不拆除
护筒，从而可减少外表面亲水程度，减小切向冻胀力，降低冻土对护筒的上拔冻
胀力。

三、施工工艺和方法
在高原寒冷地区进行钻孔灌注桩施工，其指导思想是采用能减少桩周地基土
局部融化和对回冻影响的施工工艺开展桩基础成孔，选择对地基扰动最小的旋挖
钻孔，采用干法钻孔成孔，可有效提高施工效率，降低劳动强度，加快施工进度，减少对环境的破坏。

具体施工工艺和技术方法如下：
1.施工准备
在施工之前必须严格选择钻机，要求所选择的钻机具有功效高、机动性强的
特点，保证避雷装置、室内保温措施等设备齐全，且需达到高寒地区环保的要求。

由于旋挖钻机能适应多年冻土区域的地质情况，不用采用正反循环排渣，对环境
一个像不大，所以比较适合用于高寒地区的施工，能将冻土热平衡的影响降到最低。

在选定钻机以后需要开展测量放样工作，确定基础各桩的桩位，允许误差不
能大于5cm，同时在桩的四周设置护桩，随时监测桩基的中心和标高。

为降低对
高寒地区地表开挖所引起的热扰动，最好在布置钻孔场地时以填代挖，钻孔底座
下发动机散热部分铺设聚苯烯隔热板从而可减少热侵入。

2.埋设护筒
在钻机就位后选择比护筒大的螺旋钻头钻孔，钻至满足深度要求时停止钻孔
然后放入护筒，在放置之前先在护筒周围涂上渣油。

在护筒准确就位之后，可利
用渣油拌制的粗颗粒土回填密实。

如果护筒需要埋设的深度较深，可使用多节护
筒连接，上下节护筒在连接时接头要圆顺，达到刚度和强度等要求，接头对准，
可以使用短钢筋沿着护筒纵向焊接。

在高寒地区，由于地质条件差，地表水较大
且容易发生坍塌，可先使用较大的护筒用打桩锤打入，稳定保护孔口，在必要时
钢护筒跟进保证钻孔成型，等到钻孔完成后再插入涂有渣油的防冻胀内护筒。

3.钻机就位
钻机就位时钻头和桩位对位的误差要小于2cm，在高原寒冷地区，由于气候
自然条件恶劣，雷电天气较多，所以需要在钻机内设置保温层配备取暖空调，保
证驾驶操作人员作业的舒适度，并在整机上设置避雷装置避免工作人员受到伤害。

4.泥浆拌制和废渣处理
钻孔泥浆使用优质黏土采用制浆机制浆，现场设置泥浆池和沉淀池各一个，
考虑到高寒地区的特殊情况以及对环境保护的高要求，钻孔桩施工所需要的泥浆
不可随意放置和排放，也不能随意挖坑制作泥浆池。

5.钻孔
钻孔分为旋挖钻机干法钻孔和湿法钻孔，其中旋挖机干法钻孔时利用旋挖机
的液压马达往下压，利用旋挖钻头的旋转切入到土体中将泥土挤出，在开始钻进
冻土层时必须准确保证钻杆垂直，可适当加大下压力，然后缓慢推进；在钻进含
水量较大的塑性土层时需减慢进尺速度，减少钻杆晃动避免扩大孔径，当进尺达
到设计标高时需在原处转几圈以后停止作业。

采用湿法钻孔是在遇到无法开展干
法作业时进行，在施工时需要注意环保工作，避免破坏植被导致环境污染。

6.清孔和检孔
当钻至设计标高之后，经过岩样确认已进入设计桩基地层之后，可停止钻孔
并进行清孔操作，清孔时采用换浆法。

另外，在成孔中以及成孔之后，灌注混凝
土之前需详细检查钻孔的孔深、孔径和孔底的质量，在成孔之后使用笼式探孔器
检查孔径和孔形，采用标准测锤检查孔深和孔底沉渣，并做好详细的记录。

7.钢筋笼制作和安装
在制作时，主钢筋内缘应保持光滑，钢筋接头不能侵入到主筋净空中，钢筋
笼下端应该保持平整，采用加强箍筋全部封住，使得混凝土导管和吸泥管顺利升降。

在上中下隔断每个2.5m设置4个钢筋耳环，保证钢筋的保护层厚度，如果
钢筋笼过长可分段制作钢筋笼，每一段长度应保持在9-12m左右。

在安装钢筋笼
时一般采用汽车吊吊装入孔，如果分段吊装，先将钢筋笼运送到孔口，然后再吊
入孔中。

在焊接时使用单面焊，焊接缝的长度满足施工技术要求。

8.灌注水下混凝土
灌注混凝土采用导管法灌注，在将混凝土运送到现场之后应尽快灌注，减少
成孔的闲置时间，桩基混凝土采用低温早强耐久混凝土，混凝土入模温度控制在0℃-5℃，导管要求内壁圆顺、内径一直。

使用之前要进行漏水和压力等测试并编号、在导管吊入孔中时要保持导管位置居中，轴线顺直且稳定安放，避免卡挂钢
筋骨架或碰撞到孔壁。

9.桩基回冻
桩基回冻是高原寒冷地区公路桥梁施工的特色，在多年冻土地区，由于桩基
施工会改变地基的热平衡，在施工中会产生如钻孔摩擦热、灌注桩混凝土水化热
等使得桩基地温发生极大的变化，从而一起桩基周围泥土温度升高和冻土融化。

在经过热交换过程后，地基土又会灰度到冻结状态，形成新的热平衡状态。

一般
来说，当地基条件相同，钻孔灌注桩施工对地基的热量输入在逐渐增大，热作用
的范围也逐渐扩大，回冻时间依次加长。

确定钻孔灌注桩回冻的时间可以准确判
断桩基的承载力，混凝土的温度和地基的温度变化规律也决定了应该选择何种混
凝土施工防冻措施和混凝土拌合时的温度。

在桩身混凝土灌注完成后，需要等桩
周围的地基土回冻满足要求之后才能开展承台以上的施工，在回冻中会受到地温、含水量、岩土性质和施工季节、施工工艺等的影响，所以需对不同条件下的桩地
基回冻过程进行监督控制，保证合理的回冻时间。

四、结语
综上，在丹拉高速高寒地区段采用钻孔灌注桩进行施工时必须全面考虑该地
区的自然地质情况，由于该区段存在冻土，所以在设计施工时应严格控制混凝土
入模温度，避免对冻土层热量平衡造成破坏，严格控制回冻时间，加强对原材料
质量的检查，加强施工监督，这样才能打造出优良的工程。

参考文献
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