凍土地區(qū)鐵路工程施工技術(shù)研究

劉華娜

鄭州鐵路技師學(xué)院鐵道工程系（450000）

0 引言

我國擁有超過190 萬平方公頃的多年凍土區(qū)，在凍土地區(qū)修建鐵路是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。凍土?xí)﹁F路施工帶來極大的影響，為此，相關(guān)人員要提高對凍土特性的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)凍土地區(qū)鐵路工程施工技術(shù)創(chuàng)新，找到更為科學(xué)合理的施工方案[1]。

1 凍土

凍土，亦可稱之為凍原或者苔原，從自然地理學(xué)角度而言，主要是指因氣溫低、生長季節(jié)短而難以生長植物的環(huán)境；從地質(zhì)學(xué)角度而言，主要是指0 ℃以下且含有冰的各式各樣的土壤、巖石。作為一種特殊土體，凍土的物理特性與溫度有著緊密聯(lián)系，對溫度變化十分敏感且性質(zhì)不穩(wěn)定。同時(shí)，凍土還與土中的含冰量存在一定關(guān)聯(lián)，而含冰量又與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，即：隨著溫度上升，凍土的含冰量會(huì)不斷減少，凍土的力學(xué)特性隨之發(fā)生明顯改變。通常而言，凍土主要分為短時(shí)凍土、季節(jié)凍土和多年凍土；而溫度在冰點(diǎn)以下超過兩年的凍土被稱為永久凍土。地球上近一半的陸地都是短時(shí)凍土、季節(jié)凍土或多年凍土區(qū)，其中，多年凍土區(qū)的面積更是占到地球陸地面積的1/4。俄羅斯、加拿大幾乎一半的領(lǐng)土均為凍土區(qū)，阿拉斯加近85%的地區(qū)為凍土區(qū)； 我國有超過190 萬平方公頃的多年凍土區(qū)，且主要分布在青藏高原、大興安嶺及喜馬拉雅山、阿爾泰山、天山等山地區(qū)[2]。

2 凍土地區(qū)工程施工常見病害

2.1 凍脹

作為凍土地區(qū)路基施工中十分常見的一種病害，凍脹會(huì)使路面出現(xiàn)裂縫和不平整現(xiàn)象，從而對車輛的安全運(yùn)行造成不利影響。而道路路基之所以會(huì)發(fā)生凍脹病害，主要是因?yàn)樵跉鉁夭蛔? ℃時(shí)，凍土中的水會(huì)固化成冰，進(jìn)而使道路產(chǎn)生凍脹病害。另外，大量水分補(bǔ)給也是凍脹的重要影響因素，所以，道路凍脹是在土質(zhì)、溫度、水分的綜合作用下形成的。

2.2 融沉

融沉主要發(fā)生于含冰量相對高的黏質(zhì)土路段。當(dāng)路基基底的多年凍土上方或者路塹邊坡上存在較厚的地下冰層時(shí)，因?yàn)榈叵卤鶎勇癫氐牟粔蛏?，所以多年凍土?xí)S著自然環(huán)境變化而出現(xiàn)融化情況，在土地自重及外力的影響下，使得上覆土層發(fā)生沉陷，從而引發(fā)路基變形。融沉一般表現(xiàn)為路堤向陽側(cè)路肩、邊坡開裂及下滑，或表現(xiàn)為路塹邊坡溜坍等。融沉速度通常比較緩慢，有時(shí)也會(huì)在長時(shí)間慢速下沉后突然快速沉陷，并造成兩側(cè)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質(zhì)土融化后處在過飽和狀態(tài)，喪失了任何承載力，再加上路堤兩側(cè)融化情況不一致，造成基底產(chǎn)生一個(gè)不平整的凍結(jié)滑動(dòng)面[3]。受外力影響，處在過飽和狀態(tài)下的黏質(zhì)土從凍結(jié)面擠出，路堤即刻形成嚴(yán)重沉陷，對行車安全帶來極大威脅。

2.3 翻漿

翻漿與路基凍融息息相關(guān)。在寒冷的冬季，多年凍土地區(qū)的路基表面會(huì)逐漸發(fā)生凍結(jié)，進(jìn)一步形成路面裂縫；而進(jìn)入春融時(shí)期，溫度回升，路基的上部開始融化，而路基的下部則仍處在凍結(jié)狀態(tài)，由于大量的冰水難以排除，便造成路基上部進(jìn)入飽水狀態(tài)，只要受到外部作用力影響，路基便會(huì)出現(xiàn)翻漿冒泥現(xiàn)象。

3 凍土地區(qū)鐵路工程施工技術(shù)

凍土地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件給鐵路工程施工帶來一系列難題，鑒于此，施工企業(yè)應(yīng)制訂科學(xué)合理的施工設(shè)計(jì)方案，并加強(qiáng)施工管理，以提高鐵路工程的施工質(zhì)量。

3.1 凍土地區(qū)橋涵基礎(chǔ)施工技術(shù)

凍土地區(qū)橋涵地基設(shè)計(jì)應(yīng)遵循保持凍結(jié)、允許融化兩大原則，其中前一項(xiàng)原則適用于多年凍土及低溫穩(wěn)定區(qū)，但含有冰層的凍土區(qū)除外；后一項(xiàng)原則適用于不穩(wěn)定的多年凍土區(qū)，地基土融沉性小，諸如多冰凍土、少冰凍土，含泥量在10%～15%的粗顆粒土等。橋涵基礎(chǔ)施工的重中之重在于拼裝式基礎(chǔ)施工及現(xiàn)澆基礎(chǔ)施工[4]。其中，基礎(chǔ)拼裝是施工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為切實(shí)滿足正確就位及平整度要求，施工過程中應(yīng)開展好下述幾項(xiàng)工作： ①人工拼裝與吊車拼裝有效結(jié)合，從入口端著手，按照順序開展拼裝工作，直到拼裝成型；②拼裝前采集橋涵相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)在零部件上設(shè)置中心線及吊裝順序編號(hào)，以此保證拼裝的順利進(jìn)行；③墊層頂部應(yīng)有效找平，以保證橋涵基礎(chǔ)受力均衡，并且還應(yīng)確保橋涵基礎(chǔ)的頂面高差與設(shè)計(jì)要求相符；④基礎(chǔ)拼裝期間，施工人員應(yīng)借助相關(guān)儀器設(shè)備調(diào)節(jié)各個(gè)基礎(chǔ)部件的位置，并有序拼裝，以此保證各基礎(chǔ)部件順利地安裝到相關(guān)部位；⑤基礎(chǔ)拼裝結(jié)束后，為確保全面拼裝工作的有序開展，還應(yīng)依據(jù)相關(guān)要求開展沉降縫施工。

3.2 凍土地區(qū)混凝土施工技術(shù)

凍土地區(qū)主要集中在高原地區(qū)，其某些地段的河流中含有有害離子，會(huì)對路段產(chǎn)生侵蝕影響，另外某些地段還面臨風(fēng)沙侵蝕的影響。在該種環(huán)境下，要求混凝土具備良好的性能。應(yīng)選用耐低溫、高性能的混凝土，以滿足凍土地區(qū)的施工要求。在凍土地區(qū)進(jìn)行混凝土施工，應(yīng)當(dāng)開展好下述幾項(xiàng)工作：

1）原材料選購。拌制混凝土的原材料應(yīng)與凍土地區(qū)鐵路工程施工相關(guān)要求相符。水泥可選取普通硅酸鹽水泥或硫（鐵）鋁酸鹽水泥，但硫鋁酸鹽水泥切忌與硅酸鹽水泥等堿性材料混合使用；硫（鐵）鋁酸鹽水泥可應(yīng)用于鋼筋混凝土現(xiàn)澆細(xì)薄截面結(jié)構(gòu)、裝配式結(jié)構(gòu)及孔道灌漿。拌制混凝土所采用的骨料應(yīng)進(jìn)行清潔處理，確保其中不含有凍塊、冰雪等物質(zhì)；可選用級配達(dá)標(biāo)的碎石或者卵石，并且其堿活性指標(biāo)應(yīng)與相關(guān)要求相符。

2）試配。用于凍土地區(qū)施工的混凝土，其耐久性滿足要求是配合比設(shè)計(jì)的一大前提。所以，應(yīng)綜合考慮混凝土的使用部位、原材料情況、地質(zhì)環(huán)境、環(huán)境溫度等因素進(jìn)行合理試配。

3）混凝土拌制過程控制。在開展凍土地區(qū)混凝土施工時(shí)，混凝土應(yīng)統(tǒng)一拌和、供應(yīng)，切忌分散拌和。在每次開盤前，相關(guān)人員應(yīng)提供對應(yīng)的施工配合比，為攪拌作業(yè)提供依據(jù)。拌制設(shè)備應(yīng)裝置于溫度在10 ℃及以上的暖棚中，同時(shí)拌制混凝土前及拌制結(jié)束后應(yīng)采用熱水對拌制設(shè)備進(jìn)行沖洗。拌制混凝土?xí)r要添加引氣劑等外加劑，其摻量不合理將會(huì)對施工帶來不利影響，所以應(yīng)安排專業(yè)人員對外加劑摻量進(jìn)行管理；在混凝土拌制前，應(yīng)預(yù)先將外加劑配制、分裝好。倘若采用液體外加劑，則應(yīng)密切關(guān)注溶液溫度變化并檢測溶液的濃度水平，一方面可以確保稱量的準(zhǔn)確性，另一方面可以提升混凝土的拌制質(zhì)量和效率。

4）混凝土澆筑?；炷翝仓皯?yīng)對模板進(jìn)行全面清理，確保模板設(shè)置穩(wěn)固并符合混凝土側(cè)壓力要求。如果模板上存在孔洞、縫隙，則應(yīng)進(jìn)行修補(bǔ)處理，以防止漏漿?；炷翍?yīng)分層澆筑，分層的厚度應(yīng)結(jié)合混凝土拌制能力、振搗能力、澆筑速度等進(jìn)行綜合確定，且應(yīng)控制在30 cm 以內(nèi)[5]。與此同時(shí)，混凝土澆筑作業(yè)應(yīng)連續(xù)開展，如果需要間歇作業(yè)，則應(yīng)結(jié)合水泥性能、水灰比、環(huán)境溫度等情況確定間歇時(shí)間。如果出現(xiàn)超時(shí)情況，則應(yīng)按澆筑中斷處理，留置施工縫并作好記錄，為后續(xù)施工縫處理提供依據(jù)。

4 結(jié)語

凍土地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，給鐵路工程施工帶來很大的困難，對施工技術(shù)的要求也十分嚴(yán)苛。為此，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合凍土地區(qū)實(shí)際情況制訂科學(xué)的施工方案，確保施工工序合理，切實(shí)提高鐵路工程施工質(zhì)量，保障鐵路工程可投入安全運(yùn)行。