高寒和多年冻土地区路桥施工技术

高寒和多年冻土地区路桥施工技术

1秦国刚2李东3李有德

（1中铁十三局集团第四工程处黑龙江省哈尔滨市 150008）

摘要：结合工程实例对高寒和多年冻土地区施工技术进行总结，主要针对高寒和多年冻土地区路基工

程和桥梁工程的施工特点，提出了各自的施工注意事项，从施工准备、施工技术措施、劳动力组织和

环境保护等方面进行了论述，较详细地探讨了高寒地区和多年冻土地区路桥工程的施工方案和不良地

质情况下的技术处理措施。

关键词：高寒多年冻土施工技术实例

1.概况

1.1 高寒地区和多年冻土的含义

高寒地区是指：一般多指东北地区和西部高原地区，年平均气温在0℃以下，持续-20℃在15天以上。

多年冻土，也称永冻土，是指凡具有负温或零温，其中含有冰的各种土，并且冻结状态持续三年以上的土层。在我国主要分布在内蒙古和黑龙江大、小兴安岭北部和青藏高原及西部高山等地区。

多年冻土常见的不良冻土现象有：冻胀丘、冰椎、厚层地下冰、冻土沼泽等。

1.2 在高寒和多年冻土地区给建筑物带来的危害

在高寒和多年冻土地区，由于季节融冻层的反复冻融，冻土或多年冻土层的消长变化，会产生各种不良物理地质和工程地质现象，特别是在该地区进行建筑施工破坏了原有土层的天然状态，使土体原有的各种平衡遭到了破坏，尤其是热力学平衡在多年冻土地区带来的影响，这些情况都会给铁路（公路）路基与各种建筑物造成威胁和破坏。如涎流冰现象，是在寒冷的气候条件下，地下水或地面水满溢到路基面和道路上，从下而上逐层冻结而形成，会对路基基床造成冻胀影响行车安全，也给道路的行车道造成凹凸不平，形成冰坎、冰槽，从而危及行车安全，严重时中断交通。

2.高寒和多年冻土地区施工总体方案

2.1 施工准备

在高寒和多年冻土地区进行工程施工，除进行正常的准备外，一定要注意其自身的特点：

2.1.1设计文件审核和地质勘察

对设计文件，审核有关多年冻土的类型、分布、属性、构造、成因、地温、多年冻土的上下限以及冰椎、冻胀丘、热融湖（塘）、冻土沼泽等内容。施工阶段工程地质工作的重点是冻土现象发育地段、冻土条件复杂地段和重点工程。对于重点工程，需进一步做好冻土工程勘察。

2.1.2现场调查

详细了解当地的气候条件、自然环境和施工条件（如水、电、路等）,并与当地的气象、水文部门取得经常性联系。

2.1.3做好冬季施工准备

做好冬季施工的准备，除队伍、人员、机械设备保暖外，要根据设计文件详尽制定冬季施工的具体工程项目和施工措施；做好冬储冬运工作，尤其是在取暖和地产料方面，为春融后快速施工打好基础；做好保温材料的调查并应在冬季到来之前进行大量的有计划的采购。

2.1.3做好防排水系统

做好施工中的防排水系统和水源准备，特别是在夏季的防排水和冬季施工时的水源问题。

2.2 施工技术措施

2.2.1桥梁工程

在高寒、多年冻土地区，对于桥梁工程要根据地区性特点，查明多年冻土的特性，测取气温、地温及水文条件等资料，并调查已有的不良物理地质和工程地质现象，必要时进行工程地质钻探，以便于有针对性的

施工。

A、当采用保护多年冻土的原则设计时，桥涵的明挖基础施工在冬季采用“冻结法”进行，集中兵力打歼灭战；钻孔打入桩和钻孔插入桩基础施工则不受季节的限制，而钻孔灌注桩宜在冬季进行施工，采用低温早强或负温混凝土灌注而成。

B、当采用容许融化的原则设计时，在冬季采用冻结法施工依然适合大、中桥基础和埋深不大的小桥及涵洞基础；条件允许的情况下也可以在其他季节进行基础施工。

C、通过在高寒地区施工的技术总结，结构物圬工冬季施工需注意以下几方面内容：①必须进行必要的热工计算；②低温早强砼、负温砼和抗冻砂浆的配制；③钢筋冷拉可在室外温度-20℃以内进行，焊接工作则在室内完成；④原材料加热：水温宜控制在60℃以内；粗、细骨料宜控制在40℃以内；⑤混凝土拌和时先将加热的骨料和水拌和一定的时间，在温度为40℃时再加入水泥搅拌。水泥不加热，但存放需放入暖棚内；⑥拌和时间要求是常温施工时的1.5倍；⑦混凝土运输距离要短，并有保温措施；⑧当圬工养护采用蓄热法达不到要求时，采用蒸汽、暖棚或电热性均可，但必须经热工计算后控制好温度，防止升降温速度过快。我局在引松入长马家泵站取水戽头工程中，取水戽头水下部分冬季施工，在暖棚内进行，蒸汽法养生，施工效果良好，为后续工程施工创造了良好的条件。

2.2.2路基工程

路基工程施工以前，在熟悉设计意图的基础上，要对全线所处的工程地质环境进行调查，掌握取、弃土场的情况，研究土石方调配情况，了解多年冻土不良地质现象的分布情况，总结多年冻土地区路基的病害情况，如冻害；基底融化下沉；路堑边坡热融滑塌；路堤边坡滑坍；冰椎，冰丘；寒带风化等，便于选择和确定防止多年冻土路基特殊病害方案的原则以及合理选择施工季节，便于采取有效的环境保护措施，制定切实可行的路基施工方案。

A、采用保护多年冻土的设计原则。线路一般以路堤方式通过，路堤基底处理是不破坏地表覆盖层和植被，然后采取综合保温措施并使路堤填高大于最小临界高度（经验值视不同的多年冻土地区而定，如兴安岭多年冻土地区公路白色路面，路基最小填土高度为1.0m），使填筑土方后的路堤基底人为上限控制在一定深度内，路基两侧设排水沟可以顺利排出积水，从而保护路基下多年冻土不融化。另从青藏铁路的设计了解到，保护多年冻土的路堤采用了通风路堤和土工格栅路堤的形式，并已经试验确定。

B、破坏多年冻土的方案。一般多在多年冻土不稳定地段采用；在零填、低填（填高小于最小临界高度）、浅挖路堑、个别深路堑等地段，当地表排水困难，积水无法排出的平坦低洼地段，考虑通车后，两侧地表植被易受破坏的地段等也采用。一般情况下为了保护地温换填细粒土，既利于保温又利于排水则换填渗水料（渗水料上需加盖保温材料）。

在破坏多年冻土的施工中，给施工带来最大困难的是冻土的融化。我局在修建嫩漠公路时曾遇到此情况，时值春季，根本无法进行施工。

C、重要的防、排水系统。无论是在路堤还是在路堑施工的同时，一项非常重要的工作是必须提前做好防、排水系统，并按要求设置保温护道和进行必要的边坡防护措施。例如在青藏公路改建工程中，路基两侧由于取土原因造成积水，从而引起路基下沉破坏，这样的实例在青藏公路多年冻土区路段是很多的。因此施工中做好防、排水也利于运营过程中的维修保养。【1】

防、排水系统必须根据地形、地貌情况设置，这是一项十分必要的工作。一般为排水沟、侧沟和渗沟，个别地段易形成积水现象可设置汇水坑，施工中用抽水设备排出。另外防、排水系统的设置要与季节相适应，充分利用气候条件，如在冬季加深边沟，使其深度大于永冻土上限，利用沟底的冻结使季节活动层与永冻土层在冬季形成一体，从而形成封闭的截水墙，使冻胀丘、冰椎在边沟上方发展，此方法在国道301线K203+000～K204+000段施工中采用，效果良好。

2.3 劳动力组织和机械配置

在高寒地区和多年冻土地区进行施工,必须考虑季节性因素和多年冻土地区施工的特殊性对劳动力和机械配置的影响。除按正常施工计算的数量外，还应充分考虑多年冻土地区施工的机械配置，夏、冬季节的物资运输工具，冬季施工时必要的清雪工具和打歼灭战时的人力高峰等。只有通过周密细致的分析，才能打有把握之仗。我局在塔韩铁路十韩段在开工以前，按设计文件进行了现场踏勘，详细拟定了施工方案，施工过程中总计投入施工的机械设备2600多台（套），投入施工的人力8700余人。路基施工采取集中力量打歼灭战的方式；呼玛河特大桥沉井基础则在冬季施工，给总工期赢得了时间，较好地完成了本段的施工任务。

2.4 环境保护问题