冻土区桥梁桩基的施工处理技术

史春辉

(锦州市大通公路勘察设计院，辽宁 锦州 121000)

随着公路桥梁工程项目的增多，冻土区桥梁建设也越来越常见。由于冻土区具有较为敏感的工程特性，所以桥梁桩基的施工处理技术与常规地质有所不同，施工时要考虑的因素较多。冻土区桥梁桩基施工所产生的热量会对冻土的稳定性产生一定影响。尤其是混凝土灌注桩所产生的水化热，对冻土会产生很大的热扰动，导致冻土的冻结强度下降，进而影响桩基土的承载力。因此，基于冻土的工程特性，采用合理的处理技术，进行冻土区桥梁桩基施工非常关键。

1 冻土地基的工程特性

1.1 冻胀性

受气温高低变化的影响，土体中的水分会产生相变，这种相变会导致土体体积发生膨胀或收缩变化。土体膨胀称为冻胀，土体收缩称为融化。冻胀是由于气温下降时，土体中的水分冻结成冰，体积相应膨胀而引起的。冻土地基的冻胀性与土体埋深、土体的含水量、土颗粒的粒径以及土体的密度等因素有关。通常情况下，冻土地基的冻胀性，对桥梁桩基的稳定性会产生直接影响。

1.2 冻胀力

在封闭的体系中，土体在冻结时，冻土会因为水分冰结扩张而产生内应力。在开放的体系中，水会沿土颗粒的孔隙侵入，并冻结产生冻胀力。在桥梁工程中，当冻胀力作用于基础表面时，桥梁结构物的重量和附加荷载无法与之平衡时，桥梁桩基将在冻胀力的作用下，产生冻胀变形，持续发展便会对桥梁的整体稳定性产生影响。由于冻胀力作用于桥梁桩基础的部位和方向不同，可将冻胀力划分为切向冻胀力、水平冻胀力以及法向冻胀力三种类型。切向冻胀力就是指平均作用于基础侧表现上的冻胀力。它是冻土区桥梁桩基所承受的主要力系之一，设计时应该对切向冻胀力进行充分考虑，避免桥梁桩基础在切向冻胀力的作用下发生上拔变形等病害；水平冻胀力是指水平作用于桥梁桩基础表面的力；法向冻胀力是指垂直作用在基础底面上的力。

1.3 融沉性

当大气温度上升，土地融化时，土体在自重的作用下，会不断下沉，同时孔隙水也会随之消散，此时便表现为冻土的融沉状态。冻土在融沉过程中，土体中的冰会转化成水，体积随之减小，而且冰融化所形成的水也会不断消散，土体的孔隙变小，土体密度增加。冻土的沉融性与冻土的粒度成分、含冰量、密度以及孔隙水的消散等因素有着直接的关系。

2 冻土区的桩基施工技术要点

2.1 施工准备

2.1.1 施工人员、机械及材料的准备

（1）进场前，组织相关技术人员和施工人员，认真学习冻土工程特性及施工规范、细则。

（3）对各类施工机械设备进行科学的选择和调配，机械设备要求能够满足冻土区施工机械的性能要求。

（4）冻土区的桥梁桩基施工对钻机要求较高，可采用施工效率高的旋挖钻机进行钻进。

（5）根据施工进度安排，做好施工材料的准备工作；对测量控制桩进行设置，并进行必要的保护，以保证其稳定性。

2.1.2 场地准备

（1）对桩位进行测量放线，明确各桩基础的准确位置。

（2）将桩的纵横偏差控制在±5cm范围内。

（3）在桩位的周围设置好护桩，以方便施工时对桩中心和标高进行随时测量。

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（4）在布置钻孔场地时尽量以填代挖，以减少对原冻土层的热扰动。

（5）采用聚苯乙烯泡沫隔板，对钻机底座进行铺垫，避免钻机发动机散热对冻土的稳定性产生影响。

2.2 护筒埋设

在冻土区的桥梁桩基工程中，护筒的作用不仅仅是保护孔口，保证钻孔作业的顺利实施，它还可能有效提高冻土作用下桩基础的抗拔力。护筒埋设要注意以下几点：

（1）埋设深度应该超过冻土上限一定深度，如果基土为多年冻土区，护筒的埋深要大于冻土上限以下0.5m；

（2）在护筒外表涂刷一层渣油，以降低护筒表现的亲水程度，增加护筒的抗拔能力；

（3）选择5～6mm厚度的钢板制作护筒，制作好的护筒内径要求比桩径大15～20cm；

（4）由于需要在护筒表面涂刷渣油，所以埋设方法与常规有所不同；

（5）当地表土具有较好的稳定性，且没有地表水时，在钻机就位之后，先采用比护筒直径略大的螺旋钻头钻进，当钻进到冻土上限以下超过0.5m的深度后停止钻进，并安放护筒。当护筒下放就位之后，可采用渣油拌制成的粗粒土，将护筒与孔壁之间的空隙回填密实。

2.3 钻机就位

（1）利用自动系统使钻机精确就位，且在钻机就位后对其稳定性进行检查。

（2）钻孔之前，需要对钻杆的垂直度和桩的中心位置进行校正，避免由于钻杆晃动而造成孔径不准或孔底虚土增加。

2.4 钻孔

护筒埋设完成后，便可实施钻孔作业。在冻土区桥梁桩基施工过程中，可采用旋挖钻机干法与湿法两种钻进方法作业。

2.4.1 旋挖钻机干法钻进

这种钻进方法是利用施挖钻头钻杆顶的液压马达向下压时旋挖钻头的旋切作用破开土体，并将土体挤入料斗当中，排出孔外。采用此种方法钻孔时，应该根据不同的地质情况对钻头进行选择。

2.4.2 旋挖钻机湿法钻进

当施工位置处在黏性土、砂土、碎石类土且处于地下水位以下时，采用干法作业无法保证孔壁的稳定性时，可采用湿法钻进。湿法作业需要在干法作业的基础上，增加泥浆拌制、废碴处理、清孔等工序，具体如下。

（1）泥浆拌制及废碴处理

钻孔所采用的泥浆必须为优质黏土，利用制浆机拌制成泥浆，存入泥浆池中待用。施工现场需要设置泥浆池与沉淀池，并串联使用。钻孔作业所需要的泥浆不可随意排放，泥浆池应该与施工现场保持一定距离。钻孔作业所产生的废碴应该运至远离工地的指定地点。

（2）钻孔

钻孔刚开始时，应采用低档慢速进行钻进，当钻至护筒下1m的深度后，可采用正常的速度钻进。钻进过程中，对泥浆的循环情况进行严密观察，及时捞出钻渣，沉淀后马上排出。安排专人观察冻土层的变化情况。针对土层的不同，对钻速、钻压及泥浆比重进行合理确定。

（3）清孔

当钻至设计标高后，停止钻进并清孔。清孔可采用泥浆换置法。将钻具提升30cm左右的距离，钻头保持转动状态，泥浆循环跟进。不可采用增加孔深的方法来代替清孔作业。

（4）成孔检查

在钻进成孔、清孔以及混凝土灌注之前，对桩孔的孔深、孔径、孔壁以及孔底的情况进行随时检查。成孔后，利用仪器对桩孔进行复查。

2.5 钢筋笼制作与安装

由于冻土区的桥梁工程施工要求较为特殊，对钢筋笼进行制作时应该充分考虑气温状况。钢筋笼在进行加工、焊接、安装等工序时，应该严格根据设计要求进行。采用预热闪光对焊或闪光→预热→闪光焊的工艺流程，对钢筋进行接长；当钢筋端面较为平整时，可采用预热闪光焊来焊接；如果端面不平整时，可采用闪光→预热→闪光焊的焊接工艺进行焊接。

3 结论

对于冻土区来说，桥梁的桩基施工相对特殊，不仅要考虑结构的承载力、稳定性等问题，还要充分考虑冻土对桩基的冻胀作用。因此，在冻土区桥梁桩基工程中，无论是设计还是施工，都应该进行认真的计算与缜密的分析，合理选择适合冻土区施工的技术工艺和机械设备，全面保证桥梁桩基础施工的整体质量。

[1] 赵华卿.浅析冻土地区桥梁桩基础的施工技术[J].中小企业管理与科技，2011（4）：167-168.

[2] 曹凤民.冻土区桥梁桩基础施工工艺及方法[J].桥梁隧道，2011（9）：258-259.

[3] 朱国祥.冻土地区桥梁桩基础的施工技术[J].民营科技，2011（7）：268.