青藏高原冻土区路基施工技术分析
姚军涛
摘要：青藏高原地理形貌特殊，气候独特，冻土区域占有比例高。冻土可严重影响道路路基，影响道路施工，同时也增加了道路施工的难度和成本。文章分析了青藏高原冻土地基的工程特性，并依据其特性提出了相应的施工技术对策。
关键词：青藏高原 冻土 地基 技术 施工
青藏高原地处大陆腹地、与海洋隔离的独特地理环境造就了青藏高原地区的空气稀薄、低气压、严寒多变、冻土面积大且深的特征。青藏高原地区平均海拔约4000米，年平均气温低于3℃，冻土深度约80-100米。青藏高原恶劣的气候环境、特殊的地理环境，也注定了该区域路基施工技术的复杂性。环境变化对工程施工影响甚大，尤其是冻土区域工程对环境的变化更为敏感。当冻土地基的物理形态变化过大，就会降低该段工程路基的强度，撼动路基稳度，甚至引起道路变形、塌方、滑坡等严重事故。
1 冻土地基的工程特性
1.1 冻胀性。冻胀是指，冻土土体中的水分在温度的变化下发生物理相变，水分冻结成冰体积增大，从而导致土体体积膨胀的自然现象。冻土地基的冻胀性的强弱直接影响着该地段工程结构，尤其和冻土地基下建造的桥梁工程的稳定性能有着紧密关系，地表不均匀升高变形时有发生。土体中含水量、土体密度、土颗粒粒径、土体埋深深度等因素，都可影响冻土的冻胀性。
1.2 冻胀力。当冻土土体发生冻胀，冻土体积膨胀时，会随之产生冻胀力。冻胀力会朝着一定的方向直接作用于工程基础表面，当冻胀力与工程建筑及附加物原有的重力不能平衡时，工程结构就极易发生变形，从而破坏工程物原有的结构。按冻结力所处的环境来分，冻结力可分为两类：其一，封闭系统中，冻土中水分冻结体积膨胀所产生的内应力则是是冻胀力；其二，开放体系中，孔隙水侵入推开土颗粒并冻结所产生的力则为冻胀力。根据冻胀力的作用方向，可划分为三类：其一，当冻胀力平等作用于基础侧表面时，则称为切向冻胀力；切向冻胀力是作用于基础的主要力系之一，也极易引起工程上拨变形。其二，当冻胀力沿着垂直于基础表侧面的方向产生作用时，则是法向冻胀力。其三，当冻胀力沿着与基础侧表面一致的方向发生作用时，则是水平冻胀力。
1.3 融沉性。与冻胀性相反，当土体水分融化，导致土体体积收缩的现象则是冻土融化。在冻土融化过程中，冻土中的冰转化为水，冻土体积减小不断下沉，并且孔隙水不断消散与排泄，降低了土体的孔隙比，这就是冻土的融沉性。冻土融沉会导致建立在冻土个上的建筑物地基变形和破坏，主要表现为路基下沉、路基向阳侧边坡和路肩开裂及下滑、路堑边坡溜塌等。冻土中的含冰量、土颗粒成分、孔隙水消散度等都与冻土融沉性能高低有关。
2 冻土地区路基工程施工原则
冻土地区路基工程施工有三原则即保护冻土，控制融化，破坏冻土。
2.1 保护冻土原则是指通过人为力量，控制冻土埋深深度、冻土的冻结状态等，来维持路基的热稳定性能，确保路基在使用寿命内状态正常。
2.2 控制融化原则是指通过观察和记录，仍在使用年限内冻土路基的完全融化或者局部融化速度、深度及引起的变形量，运用到日后的调控之中。
2.3 破坏冻土原则是指根据文件合同的规定，来清除施工过程中指定区域的冻土，并清理冻土融化后的水分及场地。
3 冻土区桩基础施工技术
青藏高原恶劣的气候环境、特殊的地理环境，也注定了该区域路基施工技术的复杂性。冻土地基的建设由一系列工作环节组成，同时也需要大量机械的辅助。打桩是施工的基础，其重要性不言而喻。
3.1 施工准备。施工前要把各项准备工作做好做足。首先，相关工作人员要具备掌握冻土知识的能力，要熟悉施工流程规范、注意事项，及具体施工工程的文件政策。其次，工作人员要实地核查工程基地，熟悉工程环境等基本因素。第三，根据工程进度，做好设备、材料储备工作，并选择最佳的可在高原地区工作的设备型号及配套设施。第四，在稳定土层或基岩上设置控制桩，并用地上桩位用混凝土包裹，地下桩位桩周回填粗粒土。第五，测量放样，确定各桩桩位，并在桩的前后左右设置护桩，以供随时检测桩中心和标高。
3.2 施工工艺和方法技巧
3.2.1 埋设护筒。为了保证护筒可正常作业，要保护孔口，还要根据不同的地质环境，来对护筒进行一定深度的埋设。护筒多是钢板材质，且外表涂有一层油渣，为了减少桩体外表面的亲水度，当桩成后不可拆除护筒。
3.2.2 根据青藏铁路的特殊环境，针对低温条件，钢筋笼的加工、焊接、安装应符合以下要求:钢筋接长采用预热闪光对焊或闪光→预热→闪光焊工艺。钢筋端面比较平整时，采用预热闪光焊，端面不够平整时，采用闪光→预热→闪光焊工艺。
3.2.3 钻机。为了提高青藏高原施工时的效率，多选择旋挖钻机成孔。通过自动系统将钻机就位后，需在钻机底座下发动机散热部分宜铺设聚苯乙烯泡沫塑料隔热板，以减少对地基土的热侵入。钻孔前，应调整机架杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底虚土。旋挖钻机多采用干法钻孔，钻杆顶部液压压力给予钻头一定力量，再加上电量供给旋转钻头的力量，进行钻孔。钻孔场地布置尽量以填代挖，以减少对原地表开挖引起的热扰动。地质不同，可选用不同的钻头进行作业。
3.2.3 湿法作业。当干法作业无法实施时，可采用湿法作业，比如在粘性土、砂类土等位于地下水位以下时，干法作业已无法保证孔壁稳定，采用湿法作业可有效的解决此问题。
①湿法作业采用中采用优质粘土获得泥浆，且配备专门的制浆机，生成的泥浆也要存入到钢材体质的浆池中，不得随意排放。此外，还需设有沉淀池，并以串联的形式与泥浆池关联起来。沉淀池产生的废渣也不可随意排泄，要通过专门的车辆定时定量的运输到指定地点进行集中处理。②湿法作业要以低档开钻，当钻深度到达护筒1米深度以下时，方可正常速度运转。作业中产生的废渣要及时沉淀、清理，以确保泥浆可正常循环。根据土层地质的不同，要配备不同的钻头，及恰当的钻速、钻压、泥浆比重等。③当钻深深度达到既定要求时，则要取样检测。验检成功后即可停止作业，并采取清孔措施。清孔时需将钻具提起一定高度，约0.3米左右，并不断转动钻头促使泥浆循环，这就是换浆法清孔。④要及时记录、检查各时期各形态的钻孔的相关数据，比如孔深、孔径、孔型、质量等。
4 结论
目前，青藏高原地区冻土地基技术仍是全球性难题，尽管许多专家提出、并相应解决了一系列难题，但是仍有许多问题尚待解决，许多方法措施尚待验证。针对青藏高原特殊的地理、气候、地质特征，要求采用的机械，施工工艺和检测手段必须具有高效率、高度自动化，具備较高的科技含量。对在工程中遇到的问题，要及时总结探讨，寻找新思路、新方法，力争使青藏高原冻土区路基施工技术更完善、更成熟。我们也相信，高科技的力量一定会助相关人员解决青藏高原冻土地基一臂之力。
参考文献：
[1]程军勤.浅谈多年冻土地区的路基设计[J].青海交通科技，2006.03.
[2]唐志.多年冻土地区路基设计原则[J].交通世界(建养.机械)，2011.04.
[3]沈迪，张裔佳.多年冻土路基病害分析及处治措施研究[J].交通标准化， 2010.09.
[4]西丙辰，张景致.东北多年冻土地区高速公路路基修筑技术与对策[J].黑龙江交通科技，2011.01.
[5]王栋，宋高嵩，程刚.多年冻土地区路基施工的要求[J].黑龙江科技信息，2004.01.
摘要：青藏高原地理形貌特殊，气候独特，冻土区域占有比例高。冻土可严重影响道路路基，影响道路施工，同时也增加了道路施工的难度和成本。文章分析了青藏高原冻土地基的工程特性，并依据其特性提出了相应的施工技术对策。
关键词：青藏高原 冻土 地基 技术 施工
青藏高原地处大陆腹地、与海洋隔离的独特地理环境造就了青藏高原地区的空气稀薄、低气压、严寒多变、冻土面积大且深的特征。青藏高原地区平均海拔约4000米，年平均气温低于3℃，冻土深度约80-100米。青藏高原恶劣的气候环境、特殊的地理环境，也注定了该区域路基施工技术的复杂性。环境变化对工程施工影响甚大，尤其是冻土区域工程对环境的变化更为敏感。当冻土地基的物理形态变化过大，就会降低该段工程路基的强度，撼动路基稳度，甚至引起道路变形、塌方、滑坡等严重事故。
1 冻土地基的工程特性
1.1 冻胀性。冻胀是指，冻土土体中的水分在温度的变化下发生物理相变，水分冻结成冰体积增大，从而导致土体体积膨胀的自然现象。冻土地基的冻胀性的强弱直接影响着该地段工程结构，尤其和冻土地基下建造的桥梁工程的稳定性能有着紧密关系，地表不均匀升高变形时有发生。土体中含水量、土体密度、土颗粒粒径、土体埋深深度等因素，都可影响冻土的冻胀性。
1.2 冻胀力。当冻土土体发生冻胀，冻土体积膨胀时，会随之产生冻胀力。冻胀力会朝着一定的方向直接作用于工程基础表面，当冻胀力与工程建筑及附加物原有的重力不能平衡时，工程结构就极易发生变形，从而破坏工程物原有的结构。按冻结力所处的环境来分，冻结力可分为两类：其一，封闭系统中，冻土中水分冻结体积膨胀所产生的内应力则是是冻胀力；其二，开放体系中，孔隙水侵入推开土颗粒并冻结所产生的力则为冻胀力。根据冻胀力的作用方向，可划分为三类：其一，当冻胀力平等作用于基础侧表面时，则称为切向冻胀力；切向冻胀力是作用于基础的主要力系之一，也极易引起工程上拨变形。其二，当冻胀力沿着垂直于基础表侧面的方向产生作用时，则是法向冻胀力。其三，当冻胀力沿着与基础侧表面一致的方向发生作用时，则是水平冻胀力。
1.3 融沉性。与冻胀性相反，当土体水分融化，导致土体体积收缩的现象则是冻土融化。在冻土融化过程中，冻土中的冰转化为水，冻土体积减小不断下沉，并且孔隙水不断消散与排泄，降低了土体的孔隙比，这就是冻土的融沉性。冻土融沉会导致建立在冻土个上的建筑物地基变形和破坏，主要表现为路基下沉、路基向阳侧边坡和路肩开裂及下滑、路堑边坡溜塌等。冻土中的含冰量、土颗粒成分、孔隙水消散度等都与冻土融沉性能高低有关。
2 冻土地区路基工程施工原则
冻土地区路基工程施工有三原则即保护冻土，控制融化，破坏冻土。
2.1 保护冻土原则是指通过人为力量，控制冻土埋深深度、冻土的冻结状态等，来维持路基的热稳定性能，确保路基在使用寿命内状态正常。
2.2 控制融化原则是指通过观察和记录，仍在使用年限内冻土路基的完全融化或者局部融化速度、深度及引起的变形量，运用到日后的调控之中。
2.3 破坏冻土原则是指根据文件合同的规定，来清除施工过程中指定区域的冻土，并清理冻土融化后的水分及场地。
3 冻土区桩基础施工技术
青藏高原恶劣的气候环境、特殊的地理环境，也注定了该区域路基施工技术的复杂性。冻土地基的建设由一系列工作环节组成，同时也需要大量机械的辅助。打桩是施工的基础，其重要性不言而喻。
3.1 施工准备。施工前要把各项准备工作做好做足。首先，相关工作人员要具备掌握冻土知识的能力，要熟悉施工流程规范、注意事项，及具体施工工程的文件政策。其次，工作人员要实地核查工程基地，熟悉工程环境等基本因素。第三，根据工程进度，做好设备、材料储备工作，并选择最佳的可在高原地区工作的设备型号及配套设施。第四，在稳定土层或基岩上设置控制桩，并用地上桩位用混凝土包裹，地下桩位桩周回填粗粒土。第五，测量放样，确定各桩桩位，并在桩的前后左右设置护桩，以供随时检测桩中心和标高。
3.2 施工工艺和方法技巧
3.2.1 埋设护筒。为了保证护筒可正常作业，要保护孔口，还要根据不同的地质环境，来对护筒进行一定深度的埋设。护筒多是钢板材质，且外表涂有一层油渣，为了减少桩体外表面的亲水度，当桩成后不可拆除护筒。
3.2.2 根据青藏铁路的特殊环境，针对低温条件，钢筋笼的加工、焊接、安装应符合以下要求:钢筋接长采用预热闪光对焊或闪光→预热→闪光焊工艺。钢筋端面比较平整时，采用预热闪光焊，端面不够平整时，采用闪光→预热→闪光焊工艺。
3.2.3 钻机。为了提高青藏高原施工时的效率，多选择旋挖钻机成孔。通过自动系统将钻机就位后，需在钻机底座下发动机散热部分宜铺设聚苯乙烯泡沫塑料隔热板，以减少对地基土的热侵入。钻孔前，应调整机架杆垂直、位置正确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径及增加孔底虚土。旋挖钻机多采用干法钻孔，钻杆顶部液压压力给予钻头一定力量，再加上电量供给旋转钻头的力量，进行钻孔。钻孔场地布置尽量以填代挖，以减少对原地表开挖引起的热扰动。地质不同，可选用不同的钻头进行作业。
3.2.3 湿法作业。当干法作业无法实施时，可采用湿法作业，比如在粘性土、砂类土等位于地下水位以下时，干法作业已无法保证孔壁稳定，采用湿法作业可有效的解决此问题。
①湿法作业采用中采用优质粘土获得泥浆，且配备专门的制浆机，生成的泥浆也要存入到钢材体质的浆池中，不得随意排放。此外，还需设有沉淀池，并以串联的形式与泥浆池关联起来。沉淀池产生的废渣也不可随意排泄，要通过专门的车辆定时定量的运输到指定地点进行集中处理。②湿法作业要以低档开钻，当钻深度到达护筒1米深度以下时，方可正常速度运转。作业中产生的废渣要及时沉淀、清理，以确保泥浆可正常循环。根据土层地质的不同，要配备不同的钻头，及恰当的钻速、钻压、泥浆比重等。③当钻深深度达到既定要求时，则要取样检测。验检成功后即可停止作业，并采取清孔措施。清孔时需将钻具提起一定高度，约0.3米左右，并不断转动钻头促使泥浆循环，这就是换浆法清孔。④要及时记录、检查各时期各形态的钻孔的相关数据，比如孔深、孔径、孔型、质量等。
4 结论
目前，青藏高原地区冻土地基技术仍是全球性难题，尽管许多专家提出、并相应解决了一系列难题，但是仍有许多问题尚待解决，许多方法措施尚待验证。针对青藏高原特殊的地理、气候、地质特征，要求采用的机械，施工工艺和检测手段必须具有高效率、高度自动化，具備较高的科技含量。对在工程中遇到的问题，要及时总结探讨，寻找新思路、新方法，力争使青藏高原冻土区路基施工技术更完善、更成熟。我们也相信，高科技的力量一定会助相关人员解决青藏高原冻土地基一臂之力。
参考文献：
[1]程军勤.浅谈多年冻土地区的路基设计[J].青海交通科技，2006.03.
[2]唐志.多年冻土地区路基设计原则[J].交通世界(建养.机械)，2011.04.
[3]沈迪，张裔佳.多年冻土路基病害分析及处治措施研究[J].交通标准化， 2010.09.
[4]西丙辰，张景致.东北多年冻土地区高速公路路基修筑技术与对策[J].黑龙江交通科技，2011.01.
[5]王栋，宋高嵩，程刚.多年冻土地区路基施工的要求[J].黑龙江科技信息，2004.01.
