桥梁施工技术在高原高寒多年冻土区的分析

桥梁施工技术在高原高寒多年冻土区的分析

刘春

四川川交路桥有限责任公司

摘要：在我国的高原地区，由于地势高、缺乏氧气且气候恶劣等特点，其土地因常年寒冷形成冻土，质地坚硬难以挖掘，这对我国的桥梁施工建设提出了巨大的考验。本文主要依据在高原地区久马高速公路C1项目施工的经验，对其施工的技术进行了探讨分析，并为其桥梁施工提出了一些可行性的建议，帮助施工队伍在高原高寒地区进行桥梁施工建设。

关键词：高原高寒；冻土区；桥梁桩基；技术措施

前言：多年冻土结构会对建筑施工产生很大影响，尤其是在高原山区，多年冻土分布比较集中。在该地区进行桥梁施工，不仅会增加施工难度，还会造成重型建筑工人的体力损伤。

一、冻土地基特性

1、冻胀性。造成这种特性的主要原因是大气温度的影响。当气温发生变化时，土壤中的湿度也会发生变化。当温度逐渐降低时，水的状态会发生一定程度的变化，形成固态冰，土壤体积也会增加，从而产生一定的水分,出现霜冻现象。此外，冻胀的原因还与土壤本身的结构有关，例如土壤颗粒的直径、土体高度等。

2、冻胀力。冻胀力分为两种体系；一是封闭体系，冻胀力在这种体系中主要是由于土体积膨胀而产生的内应力；二是开放体系；冻胀力在这种体系中主要讲的是水进入土体结构中变成固态进而将土分开所产生的力。

3、融沉性。之所以有这个特点，是因为它受到土壤本身重力的影响，在实际洼陷阶段，冰变成水，这个过程的本质不是土壤的体积变小，而是冰变成水后可以顺利排出，在计算过程中，可以看作是一个轴对称的计算工作。另外，在混凝土的加工过程中，由于释放的热量较多，实际散热量大于热量转移，计算效果时无需考虑散热，初始温度可作为增加实际温度[1]。

二、具体技术方案措施

根据有关法律法规，如果日间平均气温持续五天平均气温低于5℃或日最低温度-3℃时，就必须采取冬季施工措施管理。因此，在确保工程质量、进度前提下，我们将认真制定冬季施工计划，尤其重点考虑到混凝土的施工周期。

（一）拌和站冬季施工技术措施

本项目桥梁施工所用砼都是自建砼拌合站，砼生产、运输需采取以下技术方案措施。

1、为了确保拌合用水的质量，我们采取了严格的加热和保温措施，以确保它们符合《混凝土行业用水标准》和必要时的要求。我们将水箱内的水加热到适当的温度，并在水箱的四周和顶部覆盖上棉被。冬季施工时保证水温在40℃～60℃之间，具体根据砼浇筑时的运输距离，入模温度要求等进行热工计算后确定。

2、为了确保主机房的温度不低于0℃，我们采取了严格的保温措施，包括安装棉门帘，并对拌料系统进行有效的监控。

3、砂、石料的上料及保温措施：砂、石料需堆放在保温的封闭仓库内，配备加温设施。如遇到0℃以下的气温，必须进行加温，使砂、石料温度保持在零度以上。

4、拌和系统水管道及外加剂管道购买岩棉管进行保温，防止水管被冻。

5、为了确保质量，我们不仅需要给粉剂提供适当的保护，而水剂则需要先经过预处理，然后把装有水剂的容器浸泡于沸水中，以确保其温度处于30℃~40℃范围内。

6、为了保证混凝土的质量，我们需要经常对混凝土的出口、搅拌和混凝土的中心温度进行监测和记录[2]。

（二）冬季砼搅拌施工技术措施

在搅拌过程中，应该遵循“骤凝”的原则，即最大限度地降低热量的流失，并且按照一定的比例，将砂石料、水、外加剂及最终的产品组成。

1、为保证混凝土强度顺利增长，冬季砼施工首先对水加热，如水加热至40℃～60℃。先进行砂、石按配合比进拌合仓，再加热水进行拌合，并测量拌合物温度，其温度不能超过35℃.多次试拌，确定热水温度。请注意，无论什么情况，都请勿使用高温水来处理水泥。为避免假凝现象，请确保混凝土的温度低于35℃。建议使用更高的速率进行拌合，并且比正常速率要快50%。请确保使用高速速率的拌合器，并且使用清洁的水进行清洁。

2、在混合过程中，应该按照以下步骤进行：首先将沙子、碎石和适当的水混合，然后倒入混合物中，并使其中的水分达到所需的浓度。

3、在搅拌混合物的过程中，应确保出口温度低于+10℃，而进口温度低于+5℃。

4、为了确保砼的品质，使用的骨料必须保持干净，避免添加任何可能导致凝固的化学成分或其他可能导致凝固的因素。此外，当使用含有钾、钠离子的防冻剂时，也要避免使用活性材料，以避免出现碱－－凝固。

5、为了确保施工现场的温度符合要求，搅拌站应该派出专人负责监控仓库和水池的温度，以确保环境温度处于最佳状态。此外，为了防止受冻，室内温度也应该保持在5℃以上，并采取有效的保温措施。

6、在搅拌混凝土时，应该及时补充水分，以确保水温达到规定的标准。 ⑧在混凝土搅拌完成后，应立即按照规定的比例添加砂石等地材，以确保它们能够在一段时间内达到最佳的温度。

（三）混凝土运输的保温措施

为了确保混凝土的安全和高效的运输，我们对混凝土输送管进行了严格的保护，使其在5cm的厚度上覆盖上了一层防水的材料，并且精心挑选了一条最适合的行驶路径，以便更快地将混凝土运抵目的地，并且大大降低了装卸的频率。同时要控制好砼罐车到达现场的时间，不能到达现场后过多地等待，以免砼热度的损失

[3]。

三、高原高寒冻土区桥梁施工技术应用策略

1、在高寒高原多年冻土区进行桥梁施工前，需要进行合理的施工规划设计，在设计和施工期间，必须充分考虑该地区的环境特点，及时了解该地区的气温变化情况。必须充分了解施工区域，才能避免在常温下施工桥梁，在最短的时间内施工，减少施工对环境的影响。另外，由于高山高地多年冻土区的地形特点，即使在高温环境下，无法保证实际的温度持续性。因此，面对温度不稳定性，可采用赋能拨付的原则，进行相应的步骤。对于桥梁设计，只能在常规区域设计积分区域的基础上进行。

2、钻孔灌注桩作为常用的一种施工技术，可以有效避免冻胀力的产生。一般情况下，基础嵌入深度尺寸应小于实际规定的冻土上限值或最大冻结深度。埋入护筒的实际深度要比冻土极限值大，成桩后不可以进行拆除，这样可以降低桩体表面的沁水性。若土体冻结程度较为严重，土壤当中冰的体积较大，则可导致土壤硬度进一步增加，因此应使用钻孔方法，加强对桥梁安全的检查，若有必要则可忽略美观性施工想法，将更多的精力放在结构安全与稳定性上，让桥梁承台和地系梁底部的高度在地面0.3米以上，在进行结构施工，从而明显降低土体冻胀力。

3、为了确保桥梁工程质量，进一步适应高原高寒地带的环境气候，在选择混凝土期间一定要满足耐久、抗寒、早强等条件，同时做好混凝土防冻措施，例如可以从保护钢筋开始，调节承台混凝土与墩台的比例，进而达到保护钢筋的目的，也可以有效地预防混凝土剥离冻裂。

4、在桥梁施工完成后，仍需要面对高寒的环境条件，这不仅是对桥梁施工技术与质量的考验，也是对桥梁防护的一种考验。因此为了确保桥梁建设的持久性，一定要做好抗寒措施，在桥梁施工结束后，要在桥梁建筑中采用一定的抗冰冻措施，例如涂抹油渣等，但由于高寒区域的环境特殊性，因此在涂抹油渣前进还要选定最佳的涂抹位置，例如可在承台两端与桥墩等和冻土接触的地方涂抹，涂膜厚度要结合桥梁设计周期而定，但涂膜厚度一定要大于1厘米，若想充分发挥桥梁建筑的抗旱防护性，则在涂抹完油渣后，还可以在表面铺上一层粗粒土。

结论：在高原高寒冻土区开展相应的桥梁施工，要充分考虑各项环境因素对施工的影响，同时还要做好相应的防护措施，避免施工受影响。在冻土区施工，对施工技术提出了较高的要求，因此设计人员要结合施工温度及地质条件，制定可行的施工方案，在确保桥梁质量的前提下，尽可能地做到绿色施工，实现桥梁施工的绿色节能。

参考文献：

[1]郝常昊,任富强.高原露天矿山冻土力学特性实验研究[J].辽宁科技大学学报,2022,45(06):443-448.

[2]王凯,郑明明,周珂锐等.高原铁路冻土区低温环保钻井液体系设计与循环过程温度场分析[J].钻探工程,2022,49(06):8-20.

[3]吕光辉,刘学颖.高原寒区水井及供水管路防冻与表层冻土开挖关键技术研究[J].给水排水,2022,58(S1):984-987+991.