高原多年冻土区桩基础施工技术

１、工程概况

１．１“江仓曲特大桥”位于青海省天峻县木里镇多年冻土区，铁路里程为ＤＫ９６＋３５０，本桥为１３×３２ｍ＋２×２４ｍ后张预应力混凝土梁，桥全长４９１．６ｍ，曲线半径Ｒ＝６００、Ｌ＝７１１ｍ，采用Ｔ型桥台，圆形墩，全桥均采用φ１２５钻孔桩基础，钻孔桩共６６根，设计总长度１０２１ｍ，为排泄洪水而设。

１．２　该桥施工有效工期短、施工难度大、环保要求高、气候恶劣、地质复杂等情况，是严重制约工程进展的主要因素。

１．３　多年冻土地区铁路桥梁工程，由于地基冻融作用、不良地质现象（冰丘、融冰滑塌、融冻泥流等）的影响，使桥梁基础易产生各种病害。主要原因是施工方法不适当、缺乏经验或对地质资料认识不充分而采取的工程措施不妥当引起的，要想克服上述的困难，就要采取合理的施工方法。

１．４ 在柴木铁路施工中，业主对环保要求非常高。严禁破坏草皮、植被、堆放垃圾、车辆下道入草皮行使等，同时也规定了施工人员的活动范围，还规划了施工场地，并要求施工场地必须清洁、平整。

２、施工准备

２．１钻孔施工前对钻机的选择

在柴木铁路项目上对钻机的选择是非常严格的，它不但要求功效高，机动性强，还要求避雷装置、室内保温措施等设备都要齐全，另外最重要的是必须达到柴木铁路上高标准的环保要求。经过试验和

高原多年冻土区桩基础施工技术

滕红俊 中铁十一局集团第二工程有限公司 ４４２０００

工程实践证明，旋挖钻机具有功效高、机动性好的特点，能够适应多年冻土区的各种地质情况，由于无需采用正反循环排渣，不会污染环境，特别适合柴木铁路高标准环保要求，并可以把冻土热平衡的影响降到较低限度。这样可减少钻孔时产生的热量对天然冻土的影响。

２．２　测量放样首先测量放样，定出基础各桩的桩位，桩的纵横允许偏差不大于±５　ｃｍ，并在桩的前后左右设置护桩（一般距桩基中心点３ｍ），以供随时检测桩基的中心和标高。钻孔场地布置尽量以填代挖，以减少对原地表开挖引起的热扰动。钻机底座下发动机散热部分铺设聚苯烯隔热板，以减少对地基土的热侵入。

３、埋设护筒

３．１在高原冻土区钻孔桩施工中，埋设护筒除保护孔口，使钻孔作业正常进行外，还降低冻土对桩基的抗拔力的载体。具体来讲就是将护筒埋入冻土上限以下一定的深度（＞５０ｃｍ），并在护筒外表涂上渣油，成桩后护筒不拆除，以减少外表的亲水程度，减少冻土对桩的上拔力。护筒采用１０ｍｍ厚的钢板卷制而成，内径比桩径大１５～２０ｃｍ。在采用循环钻机湿钻法时上部应高出地面３０ｃｍ以利排渣。

３．２　桩基施工完毕后护筒不取出，靠其外侧所涂渣油减少冻胀力对桩基产生的不良影响。

３．３　护筒埋设时要将护筒中心与桩中心对准，误差不得超过５ｃｍ，护筒上下垂直度不大于１％的护筒长度，在地质情况比较复杂、地表水较大、易坍塌的情况下，可采取下述方法处理：先做一个更大的护筒（比桩径大５０～６０ｃｍ）用振动打桩锤沉入，该护筒不断跟进以保证钻孔成型。

４、旋挖钻机干法钻孔

４．１　护筒埋设完毕之后，进行正式钻进，旋挖钻进是利用旋挖钻头杆顶的液压马达往下压，同时利用旋挖钻头的旋转切入土体，土被挤入料斗中，再提出孔外，直接装入自卸汽车，保持施工场地的清洁平整，做到无废渣、无污水，严格按照环保要求进行施工。在钻进过程中，不同的地质

选用不同的钻头，岩性地层用尖底钻头。

４．２ 开始钻进冻土层时应准确保证钻杆垂直，加大钻杆对土层压力，并缓慢进尺；采用高转速、小跟进、量均压钻进。在含水量较大的塑性土层中钻进时，要减缓进尺速度，减少钻杆晃动，以免扩大孔径，当进尺达到设计标高时，在原处正向空转数圈，然后停止提升钻杆超过地面，用钢板覆盖钻孔。

４．３ 江仓曲大桥柴台、１１号墩、１２号墩、１３号墩、１４号墩和木里台均为干孔，在钻进时地面以下４ｍ为圆砾土，地表水比较少，有轻微的坍塌现象，不影响进尺；在１８ｍ处为砂岩岩层，其硬度达到５００ＭＰａ，桶式钻头很难进尺。措施：采取尖底螺旋钻头以高压力、小跟进的办法将硬岩一层一层拔掉，然后用桶式钻头清孔，再继续用螺旋钻头进行小跟进。

５、湿式钻孔

５．１　在粘性土、砂类土、碎石类土处于地表水位以下，干法作业不能保证孔壁稳定时，采用湿法钻孔作业。江仓曲大桥的三号墩、四号墩、五号墩、六号墩、七号墩、八号墩就遇到了这种情况，用干法钻根本就行不通，坍塌非常严重，无法进行钻孔桩施工。在被迫无奈的情况下我们采用了湿法作业，采取湿法作业须注意的是注重环保，不要让泥浆四处流淌，破坏植被以致造成环境污染。

５．２　泥浆拌制及废渣处理：钻孔时泥浆采用优质红粘土，采用制浆机拌制，存入混凝土泥浆池中，现场设泥浆池、沉淀池各一个，串联并用，钻孔桩所需泥浆不得随意排放，需运至指定地点倾倒，不得就近挖坑作泥浆池。泥浆温度根据现场条件确定，在冻土区宜采用低温泥浆。

５．３　钻孔：开钻时先慢速钻进，钻至护筒下１ｍ后，再以正常速度钻进，在钻进过程中应该经常进行泥浆循环，将钻渣捞出并沉淀后及时排除，并随时注意土层的变化；对软性土等容易坍塌的土层宜采用低档慢速钻进，加强施工过程控制，并应对钻进地质情况做好记录。

５．４　清孔：当钻至设计标高后，经测量确认到位后，停止钻进及时清孔。清孔采用换浆法将钻头提起约３０ｃｍ，钻头不停转

动，泥浆循环不断进行。不得用加深孔深来代替清孔。

５．５　检孔：成孔过程中及成孔以后混凝土灌注之前，对钻孔的孔深、孔径及孔底质量进行检查。孔深检查采用测绳（需校正后），先在成孔之前测三至五次检查孔底的沉渣厚度，使沉渣厚度不得超过３０ｃｍ，如超过，继续清孔直到沉渣厚度小于３０ｃｍ。然后，再等１ｈ后检查孔深，如果孔深已达到设计标高，然后再用测绳向孔的周边靠近，让测绳的底部靠近孔底的边缘，看上部孔顶测绳离孔顶边缘的距离，测算出孔的倾斜率。倾斜率不得超过１％。成孔之后用与钻孔桩桩径相同的笼式探孔器再进行检查，检查孔径及孔形是否合适，并作好记录。

６、钢筋笼的安装

在检孔完毕后，安装钢筋笼之前，必须检查制作好的钢筋笼是否有锈渍、变形，长度以及保护层的位置是否符合设计规范要求等，待这些方面都符合要求时安装钢筋笼，注意钢筋笼的弯曲度不得超过１％，下好之后，将钢筋固定好，以保证钢筋笼不上浮和移动。

７、灌注桩身混凝土

７．１　在桩基成孔之后，快速安装钢筋笼，以减少成孔的闲置时间，并对孔内的温度进行测量，根据不同深度测量３～５个点的温度，取平均值，用以控制混凝土的温度。桩基础混凝土采用低温早强耐久混凝土。若来不及灌桩，要用钢板盖住孔口，其上覆以草袋等保温隔热材料。干法作业和湿法作业半成孔的桩，均采用导管灌注混凝土，靠混凝土反压导管形成的扰动来起到振捣混凝土的作用。

７．２　低温早强耐久混凝土在拌合站集中拌合，混凝土罐车运输至现场。运输时宜以２～４ｒ／ｍｉｎ的转速运转，卸料前再以常速搅拌，同时混凝土运输允许延续时间不宜大于下列规定：

表１ 混凝土允许延续时间

混凝土灌注时，输入冻土的热量较大，因此应严格控制入孔混凝土的温度，尤其对于高含冰量冻土桩基地段，混凝土入孔温度控制在０～５℃范围。湿法成孔的钻孔桩，在灌注混凝土前要复测沉渣厚度和

孔内泥浆稠度是否符合规范要求。在混凝土灌注完毕后，应在桩表面覆盖草袋蓄热保温，以利于桩顶的养护。

８、桩基回冻

８．１　桩基回冻是柴木铁路高原多年冻土区基础施工一大特色。在多年冻土地区，桩基工程施工改变了地基的热平衡，施工活动产生的各种热量（钻孔的摩擦热，灌注桩混凝土的水化热等），使桩基地温场急剧变化，引起桩周地基土一定范围升温及融化。经过一个阶段的热交换过程，地基土及回填料恢复冻结状态，使之形成新的热平衡状态称为回冻完成。

８．２　在相同的地基条件下，钻孔灌注桩施工中对地基输入热量依次增大，热作用的范围及地基土的增温值也依次增大，回冻时间也依次加长，当桩在多年冻土中的年平均地温为－０．５～１℃时钻孔桩需要７０ｄ完成回冻时间。

８．３　确定钻孔灌注桩回冻时间是判断桩基承载力的重要依据，而且混凝土温度与地基温度的变化规律是选择混凝土防冻措施和混凝土拌合用料温度的根据。既要使桩基在规定的时间内达到要求的承载力，又要使混凝土有足够的正温水化过程的时间要求。

８．４　桩身混凝土灌注完毕后，须待桩周围地基土回冻达到设计要求，方可进行承台以上部分的施工。由于回冻过程受地温、岩性成分、含水量、地表水、施工季节、施工工艺等多种因素的影响。因此，要慎重对待，在对不同条件下，具有代表性的桩周地基上的回冻过程进行监测，以确保合适的回冻时间，更好的组织施工。

９、结论与体会

９．１　采取上述施工方法，我部在高原冻土地区施工的钻孔桩进展顺利，经铁五院试验检测中心检测人员采用低应变对桩基的完整性、桩身混凝土的检测，我部施工的江仓曲大桥桩基质量等级除少量为Ⅱ类桩外，其它均为Ⅰ类桩。

９．２　在桩基混凝土施工过程中，必须严格控制混凝土的入模温度，严禁混凝土入孔时温度不合适而严重破坏冻土层热量平衡，影响桩基整体质量。

９．３　在控制基础回冻时间时，要严格按照回冻时间进行控制，并在回冻期内要不断的观察基础工程的地基沉降情况，做好记录。

９．４　高原多年冻土地区桩基础施工是钻孔灌注桩施工的一门新课题，它施工的连续性、完整性、稳定性等都要贯穿到整个桥梁工程中。

如果发现违反施工程序，不按设计图纸、规范、规程施工，使用不符合质量要求的原材料、成品和设备时，质检人员要及时制止，必要时可向主管领导提出暂停施工进行整顿的建议。项目经理部每月向监理报当月工程质量报表，进行质量分析，建立健全各种工程质量台账，收集整理各种工程质量资料。

２．５　抓好原材料质量控制

工程材料和辅助材料，都是构成建筑工程的实体。抓好施工原材料进场检验和取样检测是保证工程质量的基础。它也是一项经常性的工作，项目多、工作量大，监理单位和施工单位应齐抓共管、常抓不懈。因此供应管理部门，必须对采购的原材料、构（　配）　件、半成品等材料，建立健全进场前检查验收和取样送验制度，杜绝不合格的材料进入现场。比如水泥、钢材、金结、机械及机电产品等是否有出厂合格证、质保书、试验报告。混凝土、砂浆应有资质的检测单位提供的配合比和试块试验报告。凡不符合质量标准的材料不准使用。对混凝土、砂浆试块必须在监理取样见证人监督下取样制作，并签字后方可进行试验检测。原材料、中间产品的检测项目必须符合单元工程质量评定表中规定的项目。

总之，质量是水利工程施工的根本。只有充分发挥人、机、料等各种要素的作用，才能打造出优良工程，并在保证质量的前提下，创造更大的经济效益和社会效益。