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青藏铁路多年冻土区桥梁钻孔灌注桩设计与施工青藏铁路多年冻土区长度约５５０ｋｍ，是地质时期高海拔寒冷气候条件下的产物，多年冻土是负温条件下的特殊土。
该区大部分线路海拔在４５００ｍ～５０７２ｍ之间，最低气温达－４５℃，区内广泛分布着厚层地下冰、冰椎、热融湖塘、融冰泥流等不良地质，生态环境极其脆弱。
青藏铁路的建设面临“高原、冻土、环保”三大难题，其设计与施工难度举世无双。
多年冻土区桥梁基础设计的合理性是桥梁设计的重点，是桥梁工程成败的关键。
冻土区天然上限冻融循环、冻胀、融沉等病害十分普遍，因此，绝大多数桥梁基础根据工程地质条件只能采用深基础即桩基础。
钻孔灌注桩基础，是国内外桥梁工程广泛采用的基础形式，可适用于各类地质条件，设计理论和计算方法成熟，施工技术成熟，施工机械装备先进，同时由于钻孔灌注桩承载能力大，安全度高，因而成为冻土区桥梁基础的首选形式。
1、多年冻土区钻孔灌注桩的设计多年冻土用作地基应视冻土所在位置区域地温分区，钻孔灌注桩基础设计必须根据桥址处的工程地质条件、实测地温、冻土含冰量等情况确定其设计原则。
对于低温稳定区冻土（Ｔｃｐ≤－１．０℃），一般采用“保持基底冻土冻结状态（即保护冻土原则）”设计；对于高温极不稳定区冻土（Ｔｃｐ≥－０．５℃），则采用“允许融化原则”设计；对于高温不稳定区冻土（－１．０℃≤Ｔｃｐ≤－０．５℃），桩基础设计应按两种原则进行验算取其不利者［２］。
1.1按保护冻土原则设计［Ｐ］＝１/２ΣτｉＦｉｍ＋ｍ０Ａ［σ］式中：［Ｐ］为桩的容许承载力,ｋＮ；τｉ为第ｉ层冻土的桩侧表面冻结强度,ｋＰａ；Ｆｉ为第ｉ层冻土的桩侧表面的冻结面积,ｍ２，不包括季节融化层和含土冰层；ｍ为冻结力修正系数，青藏线取１．３；ｍ０为桩底支承力折减系数，根据孔底含冰量取值，含冰量越大取值越低，青藏线取０．５；Ａ为桩底面积,ｍ２；［σ］为桩底多年冻土容许承载力,ｋＰａ，按工点地质资料取，不进行修正。
1.2按允许融化原则设计［Ｐ］＝１/２ＵΣｆｉｌｉ＋ｍ０Ａ［σ］式中：［Ｐ］为桩的容许承载力,ｋＮ；Ｕ为桩身截面周长,ｍ，按成孔桩径；ｆｉ为各土层的极限摩阻力,ｋＰａ，不包括季节融化层；ｌｉ为各土层的厚度,ｍ;ｍ０，Ａ,［σ］与“按保护冻土原则设计”相同。
青藏铁路多年冻土区管桩基础施工工法中铁十一局集团电务公司青藏项目部一、前言新建青藏铁路格拉段站后电力标段讫于格尔木，沿线经不冻泉、五道梁、风火山、沱沱河、雁石坪、唐古拉山、安多、那曲、当雄、羊八井，止于拉萨(DK814+150~DK2005+962.85），正线长1142公里。
全程最高海拔5072米，其中望昆北至安多北段（DK957+640～DK1513+770）550公里位于青藏高原多年冻土区或不良地质地带，多年冻土指冻结状态持续二年或二年以上的土（岩），多年冻土上限一般在1。
9～4.8米左右.多年冻土按照含冰量大体分为少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层5种类型。
本次35kV电力线路工程直线杆塔主要采用ZM型双杆，电杆基础根据多年冻土上限分布采用ф500-6～10m预制管桩穿透冻土层上限2～2。
5倍以保证电杆基础的稳定。
在多年冻土地段进行管桩施工，冻土扰动对管桩产生的沉降及冻胀上拔造成的病害是本工程的难点和重点。
在青藏高原多年冻土地区35kV电力线路电杆管桩基础施工中，采用大功率旋挖钻机干法成孔插入式管桩施工已被实践证明具有对冻土环境热扰动小、成孔速度快等特点.本工法于2005年7月20日顺利通过了青藏铁路建设总指挥部的技术评审，对多年冻土地区预制桩基础的钻孔及安装施工具有广泛的推广价值及借鉴意义。
二、工法特点1、施工速度快,所需工期短,减少了对青藏高原多年冻土环境的热扰动,冻土回冻时间短，回冻效果明显.2、施工操作简单，使用劳动力少，机械化作业程度高。
3、管桩施工后控制点误差小,精度高.4、有效控制管桩基础冻拔位移明显的现象。
5、对管桩基础施工后的质量采取了跟踪检查措施，确保了冻土地段管桩安装质量。
三、适用范围本工法适用于多年冻土区电力线路杆塔基础和不良地质地区（沼泽、河床等低洼地带）基础的施工.四、施工设备的选型（一)钻机选型根据青藏高原高寒、缺氧等恶劣的自然条件，结合青藏铁路电力工程电杆管桩基础沿铁路分布线路长，电杆桩位分布零散(基本档距为120米）的实际特点，钻孔机械设备应满足以下要求：1、要最大程度地减少对长年冻土的热扰动，宜采用干钻快速成孔法施工。
文章编号:1004—5716(2004)09—0167—03中图分类号:U445143 文献标识码:B多年冻土地区桥梁桩基础施工技术郑 翔(中铁十六局集团第五工程有限公司,河北唐山063030)摘 要:多年冻土地区铁路桥梁工程往往由于地基的冻融作用,不良冻土地区现象(如冻胀丘、冰椎、热融塌坍等)的影响,会产生各种工程病害,从而影响工程使用。
结合多年冻地区冻土特征,介绍青藏铁路桥梁工程设计概况,详细总结了多年冻土区桥梁桩基施工工艺及方法、保证工程质量的技术措施、施工中遇到的问题及解决方法。
关键词:冻土地基;桩基础;施工技术1 青藏铁路多年冻土地基特性及桥梁设计概况1.1 冻土地基的工程特性1.1.1 冻胀性在自然界中,受大气温度变化的影响,土体中的水分产生相变,从而土体积膨胀或收缩,膨胀现象,称为土体的冻胀,收缩现象,称为冻土融化。
膨胀现象,是由于土体在冻结过程中,水分冻结成冰,体积膨胀而引起的。
土体的的冻胀性受土体埋深、土体含水量、土颗粒粒径、土体密度等因素影响。
冻土地基的冻胀性,是影响多年冻土区工程结构物尤其是桥梁工程稳定性的重要因素。
图1 多年冻土基本特征示意图1.1.2 冻胀力地基土冻结时,封闭体系中,冻土水分冻结体积扩张的内应力,开放体系中,孔隙水侵入推开土颗粒并冻结所产生的力,称为冻胀力。
冻胀力作用于基础表面,当工程结构物的重量和附加荷载不足以与之平衡时,结构物将在冻胀力的作用下产生冻胀变形,严重将引起结构物的破坏。
根据冻胀力作用于基础表面的部位和方向,可划分为切向冻胀力、水平冻胀力和法向冻胀力三种形式。
切向冻胀力,即平等作用于基础侧表面上的力,法向冻胀力指垂直作用于基础侧表面上的力,法向冻胀力指垂直作用于基础底面上的冻胀力。
切向冻胀力是作用于冻土区基础上的主要力系之一,如果设计时对此考虑不当,则会引起基础在切向冻胀力的作用下产生上拔变形,甚至破坏。
1.1.3 融沉性冻土融化过程中,在自重压密作用下,不断产生下沉伴随着孔隙水的消散,即为冻土融沉性。
青藏交直流联网工程多年冻土区灌注桩基础施工工艺控制王成辉（青海送变电工程公司，西宁市，810001）【摘要】青藏交直流联网工程是世界上首次在海拔5000米以上地区建设高压直流线路工程、在海拔3000米以上地区建设直流换流站工程。
采用灌注桩基础是减少破坏环境保护和冻土扰动的主要措施，如何对灌注桩基础施工进行有效控制显得尤为重要。
【关键词】青藏交直流联网多年冻土灌注桩工艺控制青藏交直流联网工程的建设，是为了贯彻落实党中央、国务院实施“西部大开发”的战略目标，是缓解藏中电网近期缺电局面，满足远期西藏电网对社会经济发展的需求，是确保西藏电网安全稳定运行的重大工程。
该工程将是世界上首次在海拔5000米以上地区建设高压直流线路工程、在海拔3000米以上地区建设直流换流站工程。
工程北起青海格尔木换流站，南至拉萨换流站，总输电距离约1038千米（其中青海境内616千米），最终规模150万千瓦。
工程被誉为继青藏铁路工程后，连接西藏与内地的又一条经济线、幸福线、政治线，更是一条光明线。
多年冻土、高寒缺氧、生态脆弱依然是本工程建设的三大难题，由于灌注桩基础主要分布在青藏高原腹地沼泽地段，施工难度大、工艺复杂、机械化程度要求高。
尤其为保护青藏高原脆弱的生态环境，尽可能避免产生各种污染；同时，要最大程度地减少对多年冻土的热扰动，灌注桩成孔方式通常采用正循环钻机、冲击钻机和旋挖钻干孔成孔或钢桶护壁成孔等方式。
通过实践，采用旋挖钻机成孔方式解决了环保和冻土扰动两个问题，为青藏高原冻土施工具有可靠的参考价值。
1多年冻土的特点常规土类的性质主要受其颗粒的矿物成份、密度和含水量的控制,这些因素一旦确定,土的基本性质就基本稳定,土的性质多表现为静态特性。
而冻土的物理性质、化学性质和工程特性除了与上述因素有关外,还与土中含冰量和冻土的温度状态密切相关。
高原冻土最普遍的特点是（1）热稳定性差；（2）对气候变暖反应极为敏感；（3）水热活动强烈。
2多年冻土区灌注桩的应用灌注桩基础，是按设计确定的桩径和埋深挖一个竖直的井孔，井孔内注满压力水，放入钢筋笼之后，通过导管进行混凝土水下浇灌，使之成为完整的混凝土桩体的一种基础型式。
3青藏直流工程多年冻土区灌注桩的施工3.1施工主要机械设备配置3.3原材料准备（1）水泥：不低于P 42.5；（2）砂：中砂或粗砂，含泥量不大于5%；（3）石子：卵石或碎石，粒径5～32mm，含泥量不大于2%；（4）钢筋：钢筋的级别、直径必须符合设计要求，有出厂证明书及复试报告，表面应无老锈和油污；（5）垫块：用1∶3水泥砂浆埋22号火烧丝提前预制成70mm*70mm垫块；（6）外加剂：掺合料；根据施工需要通过试验确定。
4青藏直流工程多年冻土区灌注桩工艺控制4.1施工工艺流程（见图一）4.2测定桩位按照断面图复核塔位中心桩无误后，对塔位各桩进行分坑，对施工场地进行清理和现场规划，定出各桩基中心点和控制桩位并做好标志，划出桩口位置。
施工前，桩位和控制桩要检查复核，以防被外界因素影响而造成偏移。
4.3铺设施工便道由于本工程施工时季节冻土上限未上冻，基本处于沼泽化状态。
青藏铁路桥桩施工时采用换填土方案，沿线铺设了施工便道；本工程因特殊的环保要求，不允许沿线铺设便道，采用枕木、－16mm 钢板、吊车配合铺设钢板便道，便道宽度4.5m ；部分无法到达地段待冻土上限回冻后于11、12月份进行施工。
图一图一4.4材料准备 （1）材料运输方式清 孔障碍物清除草坪移植并简易温室养护休整道路并铺设草垫或棕垫埋设护筒 钻机就位 泥浆护壁成孔人工制备泥浆池 铺设彩条布、分离生熟土线路复测测量孔深 安装吊放钢筋笼 制作钢筋笼运至孔位 安装导管 二次清孔 沉渣测定 水下混凝土灌注 搅拌混凝土制作试块起拔导管测量混凝土面高度 成 桩 钻机移位所有原材料采用汽车运输至塔位附近，至塔位处采用铲车运输，砂石料堆放时应铺设彩条布，现场布置符合标准化要求。
（2）钢筋笼制作的特殊要求为便于运输，钢筋笼在现场绑扎或焊接（钢筋加工长度为5m～9m），焊接时在现场材在棚内进行焊接；钢筋笼现场整体制作，保证其整体性不易扭曲变形。
钢筋笼下端应整齐，按设计要求安装加强箍筋；同时钢筋笼绑扎场地离塔基较近，便于吊装。
4.5钻机就位在各桩右侧桩位中心以外12m处设施工便道，便于钻机施工及行车。
选择GPS-15旋挖钻机时，钻机钻杆中心到钻机机尾距离4.2m，垂直于线路方向施工，考虑钻机移动半径，钻机占6.5m，再考虑到其他因素要求，在12米处设置便道可以满足施工需要。
履带式旋挖钻机自行到桩位，钻头与桩位对接，对接误差不大于20mm。
4.6埋设护筒为防止孔周围上部冻土融化、滑塌，采用外钢护筒。
冻土上限回冻后施工时，土已结冻，可以不设外护筒；暖季施工时，冻土会融化、滑塌，需设置外钢护筒。
外护筒用旋挖钻机旋转压入土面，压入深度达到冻土上限，灌筑混凝土后外钢护筒拔出循环使用；外护筒直径＝桩径+200mm；－10mm钢板卷制，每节高度2000mm；外护筒中心与桩位中心误差不大于20mm。
4.7钻孔（1）钻孔前，需调平钻机，保持钻机垂直稳固、位置准确，防止钻杆晃动引起孔径扩大，确保在施工中不发生倾斜、移位。
（2）钻机调整好后，钻头着地，将进尺深度调为0。
（3）钻进时原地顺时针旋转开孔，然后以钻斗自重加液压力作为钻进压力，初入孔下压力控制在80-90kPa。
初钻入冻土时不给进量钻进，钻进岩层时，提高下压力（控制在100-150kPa），钻到坚硬岩旋挖斗无法钻进时，换用短螺旋勘岩钻头破岩，利用旋挖钻头出碴。
（4）当钻头挤满钻渣后，停止下压及回旋，逆时针方向转动动力头，稍向下送行，关闭钻头回转底盖，上提钻斗时要慢，防止提速过快钻头碰撞孔壁。
提离孔口后，钻机自身旋转至翻斗车处，用动力头顶压杆，将底盖打开，卸掉钻渣。
然后关闭底盖，旋回空位，将钻头放至孔底，继续钻进。
（5）当孔深距设计高程差0.5m左右时，就应将钢筋笼、导管及其他机具、材料等准备就绪，以避免因等材料而延长时间。
（6）及时检查钻杆垂直度及桩孔倾斜率，为保证钻进垂直度，可以使用定位圆环定位钻头及钻杆；钻机挖出的钻渣由自卸汽车运至指定弃土场。
4.8成孔检查及清孔（1）钻进到设计深度时，及时检查孔径偏差、垂直度偏差、孔深及沉渣厚度，当沉渣厚度大于允许厚度时，及时清孔。
用测深绳（锤）或手提灯测量孔深及虚土厚度。
虚土厚度等于钻孔深的差值。
虚土厚度一般不应超过100mm。
（2）清孔时，将清孔钻头放至孔底顺时针旋转将虚渣清除。
清孔后，再次检测孔深、孔位及垂直度，合格后后盖好孔口盖板，做好防止在盖板上行车或走人的措施后，履行验收手续并记录后转入下道工序。
（3）成孔质量要求4.9安装钢筋笼（1）钢筋笼安装前应先安装固定玻璃钢。
（2）钢模板或护孔漏斗，钢筋笼采用吊车吊装就位，吊装时应采取措施预防钢筋笼变形及弯曲，安放时钢筋笼应垂直对准孔位，避免碰撞孔壁及自由滑落，就位时应在钢筋底部用70mm*70mm水泥垫块进行支垫，钢筋笼中心应与桩位中心重合，确保钢筋笼保护层厚度满足要求。
钢筋笼就位后立即固定。
4.10混凝土浇注（1）本工程采用机械成孔方式，采用双搅拌机集中拌合混凝土方式，以保证混凝土浇注进度与钻机进度同步。
（2）灌注桩混凝土必须有良好的和易性，水下浇筑混凝土时塌落度应为180～220mm,非水下浇筑时塌落度不宜小于80～100mm；（3）非水下浇筑混凝土时应使用串筒，水下浇筑混凝土应采用导管，在拔管过程中，应严格控制拔管速度，用测锤观测每50-100cm高度的砼用量，换算出桩的灌注直径，发现缩颈及时采取措施处理。
（4）混凝土质量控制1）为了适应青藏高原地区气候、地质环境条件的特殊需要，桩基础结构混凝土选用由铁道科学研究院等单位研制的DZ系列低温早强高性能混凝土添加剂，其主要特点是：负温增强效果明显、对冻土层的热扰动小、坍落度保持适宜、凝结时间适宜。
2）混凝土浇筑为全过程控制，必须由专人进行监督及检验。
3）称取砂、石、水、水泥实际用量，每班日检查不少于2次，允许偏差为：水泥、水为±2%，砂、石为±3%，坍落度检验每班日不少于2次，其数值不得大于配合比设计的规定值，并严格控制水灰比。
4）混凝土的强度检查以试块为依据，根据国网公司负温混凝土混凝土试块制做的特殊规定：①灌注桩基础为每根桩，取二组；一组作为标准养护，一组作为同条件养护。
②每组三个试块在同盘混凝土中取料，制做后标明塔号及日期。
（5）灌注桩常见质量问题及预防措施1）本工程地处青藏高原，地质条件复杂，易发生孔口塌孔现象。
其预防措施是增加泥浆比重，减小转速，进行一定的扫孔，并投入适量的膨润土以利造浆，增大泥浆的比重和粘度，从而达到较好护壁的目的。
2）采用水下混凝土灌注时，易发生堵管而出现导管超拔而出现夹泥或断桩现象，其预防措施是其一：控制砂石级配和搅拌时间，使混凝土的和易性较好，其二是在灌注过程中不断测定混凝土的浇筑高度和导管的埋入深度，其三是整根桩在混凝土灌注中不得间断。
3）孔斜的预防措施为开钻前一定要用经纬仪检查钻机的平整度和垂直度，以确保其孔斜在允许范围内。
5总结青藏交直流联网工程直流线路工程塔基分布分散所固有的特点，当采用大型旋挖钻时搬移过程持续时间较长；但通过实践表明，其旋挖基坑时间较短，功效客观，非常有益于青藏高原多年冻土的环保要求。
是一种值得推广应用的施工方法。
