冻土地区铁路工程施工技术研究

刘华娜

郑州铁路技师学院铁道工程系（450000）

0 引言

我国拥有超过190 万平方公顷的多年冻土区，在冻土地区修建铁路是社会经济发展的需要。冻土会对铁路施工带来极大的影响，为此，相关人员要提高对冻土特性的认识，加强冻土地区铁路工程施工技术创新，找到更为科学合理的施工方案[1]。

1 冻土

冻土，亦可称之为冻原或者苔原，从自然地理学角度而言，主要是指因气温低、生长季节短而难以生长植物的环境；从地质学角度而言，主要是指0 ℃以下且含有冰的各式各样的土壤、岩石。作为一种特殊土体，冻土的物理特性与温度有着紧密联系，对温度变化十分敏感且性质不稳定。同时，冻土还与土中的含冰量存在一定关联，而含冰量又与温度呈负相关关系，即：随着温度上升，冻土的含冰量会不断减少，冻土的力学特性随之发生明显改变。通常而言，冻土主要分为短时冻土、季节冻土和多年冻土；而温度在冰点以下超过两年的冻土被称为永久冻土。地球上近一半的陆地都是短时冻土、季节冻土或多年冻土区，其中，多年冻土区的面积更是占到地球陆地面积的1/4。俄罗斯、加拿大几乎一半的领土均为冻土区，阿拉斯加近85%的地区为冻土区； 我国有超过190 万平方公顷的多年冻土区，且主要分布在青藏高原、大兴安岭及喜马拉雅山、阿尔泰山、天山等山地区[2]。

2 冻土地区工程施工常见病害

2.1 冻胀

作为冻土地区路基施工中十分常见的一种病害，冻胀会使路面出现裂缝和不平整现象，从而对车辆的安全运行造成不利影响。而道路路基之所以会发生冻胀病害，主要是因为在气温不足0 ℃时，冻土中的水会固化成冰，进而使道路产生冻胀病害。另外，大量水分补给也是冻胀的重要影响因素，所以，道路冻胀是在土质、温度、水分的综合作用下形成的。

2.2 融沉

融沉主要发生于含冰量相对高的黏质土路段。当路基基底的多年冻土上方或者路堑边坡上存在较厚的地下冰层时，因为地下冰层埋藏的不够深，所以多年冻土会随着自然环境变化而出现融化情况，在土地自重及外力的影响下，使得上覆土层发生沉陷，从而引发路基变形。融沉一般表现为路堤向阳侧路肩、边坡开裂及下滑，或表现为路堑边坡溜坍等。融沉速度通常比较缓慢，有时也会在长时间慢速下沉后突然快速沉陷，并造成两侧部分地基土隆起。究其原因，主要在于路基基底因含冰量多的黏质土融化后处在过饱和状态，丧失了任何承载力，再加上路堤两侧融化情况不一致，造成基底产生一个不平整的冻结滑动面[3]。受外力影响，处在过饱和状态下的黏质土从冻结面挤出，路堤即刻形成严重沉陷，对行车安全带来极大威胁。

2.3 翻浆

翻浆与路基冻融息息相关。在寒冷的冬季，多年冻土地区的路基表面会逐渐发生冻结，进一步形成路面裂缝；而进入春融时期，温度回升，路基的上部开始融化，而路基的下部则仍处在冻结状态，由于大量的冰水难以排除，便造成路基上部进入饱水状态，只要受到外部作用力影响，路基便会出现翻浆冒泥现象。

3 冻土地区铁路工程施工技术

冻土地区复杂的地质条件给铁路工程施工带来一系列难题，鉴于此，施工企业应制订科学合理的施工设计方案，并加强施工管理，以提高铁路工程的施工质量。

3.1 冻土地区桥涵基础施工技术

冻土地区桥涵地基设计应遵循保持冻结、允许融化两大原则，其中前一项原则适用于多年冻土及低温稳定区，但含有冰层的冻土区除外；后一项原则适用于不稳定的多年冻土区，地基土融沉性小，诸如多冰冻土、少冰冻土，含泥量在10%～15%的粗颗粒土等。桥涵基础施工的重中之重在于拼装式基础施工及现浇基础施工[4]。其中，基础拼装是施工中的关键环节，为切实满足正确就位及平整度要求，施工过程中应开展好下述几项工作： ①人工拼装与吊车拼装有效结合，从入口端着手，按照顺序开展拼装工作，直到拼装成型；②拼装前采集桥涵相关基础数据，同时在零部件上设置中心线及吊装顺序编号，以此保证拼装的顺利进行；③垫层顶部应有效找平，以保证桥涵基础受力均衡，并且还应确保桥涵基础的顶面高差与设计要求相符；④基础拼装期间，施工人员应借助相关仪器设备调节各个基础部件的位置，并有序拼装，以此保证各基础部件顺利地安装到相关部位；⑤基础拼装结束后，为确保全面拼装工作的有序开展，还应依据相关要求开展沉降缝施工。

3.2 冻土地区混凝土施工技术

冻土地区主要集中在高原地区，其某些地段的河流中含有有害离子，会对路段产生侵蚀影响，另外某些地段还面临风沙侵蚀的影响。在该种环境下，要求混凝土具备良好的性能。应选用耐低温、高性能的混凝土，以满足冻土地区的施工要求。在冻土地区进行混凝土施工，应当开展好下述几项工作：

1）原材料选购。拌制混凝土的原材料应与冻土地区铁路工程施工相关要求相符。水泥可选取普通硅酸盐水泥或硫（铁）铝酸盐水泥，但硫铝酸盐水泥切忌与硅酸盐水泥等碱性材料混合使用；硫（铁）铝酸盐水泥可应用于钢筋混凝土现浇细薄截面结构、装配式结构及孔道灌浆。拌制混凝土所采用的骨料应进行清洁处理，确保其中不含有冻块、冰雪等物质；可选用级配达标的碎石或者卵石，并且其碱活性指标应与相关要求相符。

2）试配。用于冻土地区施工的混凝土，其耐久性满足要求是配合比设计的一大前提。所以，应综合考虑混凝土的使用部位、原材料情况、地质环境、环境温度等因素进行合理试配。

3）混凝土拌制过程控制。在开展冻土地区混凝土施工时，混凝土应统一拌和、供应，切忌分散拌和。在每次开盘前，相关人员应提供对应的施工配合比，为搅拌作业提供依据。拌制设备应装置于温度在10 ℃及以上的暖棚中，同时拌制混凝土前及拌制结束后应采用热水对拌制设备进行冲洗。拌制混凝土时要添加引气剂等外加剂，其掺量不合理将会对施工带来不利影响，所以应安排专业人员对外加剂掺量进行管理；在混凝土拌制前，应预先将外加剂配制、分装好。倘若采用液体外加剂，则应密切关注溶液温度变化并检测溶液的浓度水平，一方面可以确保称量的准确性，另一方面可以提升混凝土的拌制质量和效率。

4）混凝土浇筑。混凝土浇筑前应对模板进行全面清理，确保模板设置稳固并符合混凝土侧压力要求。如果模板上存在孔洞、缝隙，则应进行修补处理，以防止漏浆。混凝土应分层浇筑，分层的厚度应结合混凝土拌制能力、振捣能力、浇筑速度等进行综合确定，且应控制在30 cm 以内[5]。与此同时，混凝土浇筑作业应连续开展，如果需要间歇作业，则应结合水泥性能、水灰比、环境温度等情况确定间歇时间。如果出现超时情况，则应按浇筑中断处理，留置施工缝并作好记录，为后续施工缝处理提供依据。

4 结语

冻土地区地质条件复杂，给铁路工程施工带来很大的困难，对施工技术的要求也十分严苛。为此，相关人员应结合冻土地区实际情况制订科学的施工方案，确保施工工序合理，切实提高铁路工程施工质量，保障铁路工程可投入安全运行。