陳遠(yuǎn)慧 張王川

（中交二航局西藏建設(shè)有限公司，西藏拉薩 850000）

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

本工程項(xiàng)目位于西藏自治區(qū)的那曲縣和當(dāng)雄縣，這一項(xiàng)目的起點(diǎn)在那曲縣的109 國(guó)道線上，此工程項(xiàng)目較大，其施工范圍跨越了龍仁鄉(xiāng)、當(dāng)雄縣烏瑪塘鄉(xiāng)、古露鎮(zhèn)、公塘鄉(xiāng)這5 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，耗時(shí)非常久。在施工設(shè)計(jì)中，標(biāo)注的起止點(diǎn)樁號(hào)為K3635+000 至K3699+700，全線總長(zhǎng)為85.109km （斷鏈K3655+800=K3635+390，長(zhǎng)鏈20.409km），跨越性非常大，其中經(jīng)過(guò)唐古拉山脈等特殊地段，由于西藏地區(qū)的高原氣候以及高原反應(yīng)，使得公路橋梁施工難度較大。在設(shè)計(jì)方案中，共有57 座橋梁需要搭建，需要設(shè)置的橋梁樁基就達(dá)到了3526 根，可見(jiàn)這項(xiàng)工程的浩大。

1.2 氣象條件

由于西藏地區(qū)屬于高原溫帶半干旱氣候，使得一些從外地到達(dá)西藏的施工技術(shù)人員會(huì)出現(xiàn)各式各樣的身體不適癥狀，影響了施工進(jìn)度。西藏地區(qū)氣候的主要特點(diǎn)是太陽(yáng)輻射強(qiáng)，紫外線較強(qiáng)，且在冬季時(shí)大風(fēng)較多，年平均氣溫僅有1.7℃，其降水量只達(dá)到了459.3mm，這對(duì)于施工技術(shù)團(tuán)隊(duì)而言，具有非常大的挑戰(zhàn)性，這不僅考驗(yàn)了人員在特殊環(huán)境中的適應(yīng)生存能力，也對(duì)于施工方法有著較高的要求。

2 土體凍脹對(duì)公路橋梁樁基的影響和防凍脹措施

西藏地區(qū)氣候的特殊性使得其土壤成為凍土，因此，要在這種地面建設(shè)公路橋梁，其過(guò)程是非常的復(fù)雜，且耗時(shí)較久。由于較大的空氣濕度和超低溫，使得施工過(guò)程中在地面鉆孔時(shí)產(chǎn)生的水分發(fā)生轉(zhuǎn)移，加劇了土壤的凍脹，而這種凍脹力會(huì)使得不平衡的工程結(jié)構(gòu)物表面發(fā)生變形。凍脹力分為水平凍脹力、切向凍脹力、法向凍脹力，在凍脹力破壞結(jié)構(gòu)物表面形狀時(shí)，水平凍脹力會(huì)由于力之間的作用而抵消，僅剩的縱向和法向凍脹力作用于結(jié)構(gòu)物，使得結(jié)構(gòu)物的形狀發(fā)生上拔變形，從而破壞了進(jìn)度中的工程。要避免高原氣候下凍脹力對(duì)工程的破壞，可采取以下方法減小損壞程度：在施工中，將比樁徑大20cm 的外側(cè)涂刷潤(rùn)滑油的永久性鋼護(hù)筒利用鉆孔埋入在大于0.5m 深度的凍土以下的位置，并使用具有憎水性的粗粒土壤回填鋼護(hù)筒，從而減少鋼護(hù)筒親水能力，減弱凍土的切向凍脹力，進(jìn)而減小凍脹力對(duì)工程的損壞程度。

3 鉆孔灌注樁施工工藝和方法

3.1 施工工藝流程

在海拔較高且氣溫較低的高原地區(qū)采用鉆孔灌注樁施工,能夠減少樁周?chē)貙觾鐾辆植咳诨突貎龅氖┕すに? 選擇對(duì)地層擾動(dòng)影響較小的旋挖樁進(jìn)行鉆孔, 采用泥漿護(hù)壁濕法施工工藝, 不僅能夠降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，還能夠提升施工的質(zhì)量、效率、進(jìn)度，從而使樁基礎(chǔ)能夠快速完成,減少凍土對(duì)工程項(xiàng)目的破壞。施工工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 施工工藝流程圖

3.2 施工工藝和方法

3.2.1 施工準(zhǔn)備

高寒高海拔地區(qū)鉆機(jī)設(shè)備采用能適應(yīng)多年凍土區(qū)域地質(zhì)，并且能夠達(dá)到高寒地區(qū)環(huán)保要求的旋挖鉆機(jī)，并且旋挖鉆機(jī)具有功效高、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、不用采用正反循環(huán)排渣等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效的降低對(duì)凍土熱平衡的影響。選用的機(jī)械設(shè)備要設(shè)置接地避雷裝置、室內(nèi)增設(shè)保溫措施裝置。

在鉆孔前，要對(duì)鉆機(jī)場(chǎng)地進(jìn)行合理的布置，減少機(jī)器設(shè)備對(duì)原地面的擾動(dòng)。布置鉆機(jī)場(chǎng)地時(shí)，要以填筑為主，在鉆機(jī)的底座散熱孔位置要增加隔熱性較強(qiáng)的聚氯乙烯隔熱板，并在鉆孔場(chǎng)地設(shè)置泥漿池，還要穩(wěn)固測(cè)量基樁，并且在測(cè)量時(shí)要將偏差控制在5cm 以內(nèi)，以木樁作為標(biāo)記，進(jìn)行精確放樣的操作。如此一來(lái)，既保證了施工準(zhǔn)備的正常布置，也降低了機(jī)械設(shè)備對(duì)凍土的影響。

3.2.2 埋設(shè)護(hù)筒

3.2.2.1 利用固定樁位的護(hù)筒引導(dǎo)鉆頭進(jìn)行鉆孔，避免地表水流入井孔，使得孔內(nèi)水位過(guò)高，造成塌孔現(xiàn)象。

3.2.2.2 選擇護(hù)筒，要結(jié)合高原氣候以及土壤濕度，選取由鋼板卷制成的壁厚10mm 且堅(jiān)固不漏水的永久性鋼護(hù)筒，在帶地系梁橋墩進(jìn)行施工時(shí)，鋼護(hù)筒的埋入應(yīng)當(dāng)注意預(yù)留系梁空間，確保正常施工。

3.2.2.3 鋼護(hù)筒的埋入位置要利用旋挖鉆將孔鉆至凍土0.5m 以下，并保證坑底的平整，使得樁位中心能夠平穩(wěn)放置于坑底后，將永久性鋼護(hù)筒放置于坑內(nèi)，并保持護(hù)筒與鉆孔的中心位置能夠重合。

3.2.2.4 護(hù)筒是否垂直放置可利用垂球或者水平尺進(jìn)行測(cè)量。

3.2.2.5 選用憎水性強(qiáng)的粗顆粒土均勻地回填在鋼護(hù)筒周?chē)⒃诨靥钸^(guò)程中要注意鋼護(hù)筒的位置不能發(fā)生偏移。

3.2.2.6 埋好后的護(hù)筒要比泥漿溢出地方高于地下水位至少1.5m，要比地面至少高出0.3m，此外，護(hù)筒的中心和斜度的偏差也應(yīng)當(dāng)控制在1%以內(nèi)。

3.2.2.7 由于唐古拉山脈具有較大的地表水，當(dāng)工程受到地表水的影響，發(fā)生坍塌時(shí)，可利用比樁徑大50cm～60cm 的鋼護(hù)筒去穩(wěn)定孔口，減小外面地質(zhì)活動(dòng)給鉆孔施工帶來(lái)的影響。

3.2.3 泥漿制備及泥漿處理

在施工中，為了保證工程質(zhì)量，選擇泥漿時(shí)，就要以高要求、高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行挑選、對(duì)比。施工中用的泥漿主要由粘土、添加劑以及水構(gòu)成的，其質(zhì)量好壞取決于粘土。那么，在施工材料選擇中，就要選用粒徑非常小且塑性指數(shù)較大的粘土顆粒較豐富的粘土、水、添加劑構(gòu)成的泥漿，根據(jù)鉆孔情況以及沿線的地質(zhì)情況調(diào)制泥漿，并使用攪拌機(jī)調(diào)和泥漿，利用泥漿泵將調(diào)和好的泥漿輸入到鉆孔內(nèi)。

由于泥漿在整個(gè)施工階段一直會(huì)使用，因此，為了便于加快施工進(jìn)度，可設(shè)置兩泥漿循環(huán)系統(tǒng)。泥漿循環(huán)系統(tǒng)主要由泥漿池、沉淀池、循環(huán)槽等設(shè)備裝置組成在實(shí)際使用過(guò)程中，至少設(shè)置兩個(gè)以上循環(huán)池，便于施工同步進(jìn)行。此外，在施工過(guò)程中，要及時(shí)清理施工現(xiàn)場(chǎng)的衛(wèi)生，定期清理各池內(nèi)的渣滓，保持施工周?chē)沫h(huán)境。

泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖如圖2。

圖2 泥漿循環(huán)系統(tǒng)示意圖

3.2.4 鉆機(jī)鉆孔

3.2.4.1 鉆機(jī)就位。鉆孔的實(shí)際效果除了與凍土的凍脹力有關(guān)，也與旋挖鉆各部位的擺放位置有關(guān)。在使用旋挖鉆時(shí)，應(yīng)當(dāng)將起吊滑輪、鉆桿、轉(zhuǎn)盤(pán)孔的中心、鉆頭的中心、設(shè)計(jì)樁位的中心保持一致，都位于同一鉛垂線上，旋挖鉆在工作中要時(shí)常檢查各部位是否移動(dòng)，若有傾斜或者移動(dòng)，要及時(shí)調(diào)整它們的位置。

3.2.4.2 旋挖鉆鉆進(jìn)。使用旋挖鉆前，先對(duì)設(shè)備顯示器上的數(shù)字進(jìn)行清零操作，再調(diào)整挖頭的位置，使得挖頭對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)位置后，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)調(diào)整儀表上顯示的動(dòng)力、加壓、主卷的壓力，使得旋挖機(jī)在鉆孔時(shí)能夠有足夠的動(dòng)力挖足夠深的孔。

在鉆孔過(guò)程中，要使得成孔的質(zhì)量得到保證，可利用旋挖機(jī)的三向垂直控制系統(tǒng)對(duì)成孔的垂直度進(jìn)行檢驗(yàn)，若質(zhì)量沒(méi)有任何問(wèn)題，可結(jié)合施工地段的地質(zhì)情況繼續(xù)推進(jìn)施工進(jìn)度。在鉆孔過(guò)程中，要保持先慢后快的作業(yè)節(jié)奏，并在施工前要確認(rèn)施工范圍是否有不利地層，以5m 為鉆孔試鉆深度，確認(rèn)沒(méi)有不利地段后，可加深進(jìn)尺。

3.2.4.3 成孔檢查。當(dāng)鉆孔施工完成后，要對(duì)成孔進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，確保惡劣氣候不會(huì)對(duì)工程造成較大損壞。那么，要檢測(cè)成孔質(zhì)量，可從孔徑、孔深以及其傾斜度、距離路面的位置等方面進(jìn)行檢驗(yàn)。

3.2.4.4 清孔。鉆孔完成后要對(duì)成孔進(jìn)行泥漿比重、孔底沉渣檢測(cè)，不符合設(shè)計(jì)要求的進(jìn)行二次清孔處理，清孔可用換漿法也可用抽漿法。

3.2.5 鋼筋籠制作、安裝

鋼筋籠加工采用專(zhuān)用鋼筋籠制作平臺(tái)，將9 米長(zhǎng)的分節(jié)鋼筋上加焊混凝土墊塊，使得鋼筋獲得一定的保護(hù)，并在對(duì)稱方向每隔2m 設(shè)立一道土墊塊。制作鋼筋籠下放時(shí)，利用汽車(chē)吊輔助下籠的安裝，并注意鋼筋籠上下節(jié)之間的孔口焊接問(wèn)題。在焊接孔口時(shí)，可運(yùn)用垂直對(duì)中法將上下籠的中心軸進(jìn)行重合焊接，盡可能地減小偏差，保證軸線重合偏差不超過(guò)20mm，籠的底面和頂面的高度誤差控制在5cm 以內(nèi)，并運(yùn)用汽車(chē)吊將鋼筋籠放至孔內(nèi)的設(shè)計(jì)深度。

3.2.6 水下混凝土灌注

混凝土灌注采用導(dǎo)管法澆筑水下砼，灌注所需混凝土全部在拌和站集中拌制，并由混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，坍落度應(yīng)控制在20±2cm，砼要具有低溫早強(qiáng)耐久性，砼入模溫度控制在0～5℃，能有效降低輸送時(shí)砼的熱量對(duì)地基凍土的影響。

導(dǎo)管采用Φ300mm 澆筑水下砼，導(dǎo)管接頭無(wú)漏水，密封圈完好無(wú)損，底節(jié)長(zhǎng)4m、分節(jié)長(zhǎng)3m，導(dǎo)管底口離孔底30～50cm。

首批混凝土數(shù)量必須保證使導(dǎo)管下口埋深1m 以上，在下落過(guò)程中，應(yīng)保證其連續(xù)性。鉆孔樁所需首批混凝土數(shù)量按下式計(jì)算：

V≥πd2h1/4 + πD2（H1+H2）/4

式中：

V——首批混凝土所需數(shù)量(m3)；

d——導(dǎo)管內(nèi)徑；

h1——樁孔混凝土達(dá)到埋置深度H2 時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)混凝土柱平衡導(dǎo)管外（或泥漿）壓力所需要的高度(m)，h1≥γw Hw/γc；

D——樁孔直徑；

H1——樁孔底至導(dǎo)管底端間距，一般為0.4m；

H2——導(dǎo)管初次埋置深度，≥1m；

Hw——樁孔內(nèi)混凝土面以上，水或泥漿深度；

γc——混凝土拌和物的容重；

γw——樁孔內(nèi)水或泥漿的容重。

連續(xù)灌注并隨時(shí)測(cè)量混凝土頂面高度和計(jì)算埋管深度，及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深，使導(dǎo)管埋深保持在2～6m，當(dāng)孔中混凝土表面達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，應(yīng)再超灌80cm 深的混凝土，以確保樁頭混凝土的灌注質(zhì)量。

3.2.7 地基回凍

高寒高海拔地區(qū)鉆孔灌注樁施工過(guò)程中改變了地層凍土的熱平衡狀態(tài)，施工生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的摩擦熱、場(chǎng)地開(kāi)挖以及填筑產(chǎn)生的熱量、砼澆筑產(chǎn)生的水化熱等，隨著熱量的傳遞，使周邊地基溫場(chǎng)迅速變化，引起樁基周?chē)鷥鐾烈欢ǔ潭鹊臒崛诨?，?duì)此必須要在混凝土澆筑后經(jīng)過(guò)一定的冷熱交換過(guò)程，形成新的基礎(chǔ)熱平衡，確保樁的地基承載力能夠穩(wěn)定不受周邊地基的影響。待地層達(dá)到新的熱平衡狀態(tài)才能進(jìn)行下部構(gòu)造的施工，一般地基回凍時(shí)間應(yīng)≧30 天。

4 結(jié)論

高寒高海拔多年凍土地基進(jìn)行鉆孔灌注樁時(shí)必須考慮極端的自然條件以及氣候特點(diǎn)，結(jié)合多年凍土地基特有的工程性質(zhì)，采用外表面涂刷油渣的永久性鋼護(hù)筒，護(hù)筒埋入多年凍土上限以下≥50cm 位置，用以抵抗周邊凍土對(duì)樁基的切向凍脹力的影響，混凝土澆筑時(shí)采用具有低溫早強(qiáng)耐久性，入模溫度控制在0～5℃的混凝土，降低對(duì)樁基凍土的影響，控制地基的回凍，維持地基熱平衡等，是高寒高海拔樁基施工的技術(shù)保障。