文档介绍：前锋农场至嫩江公路伊春至北安段工程建设项目
(K11+930冻土桥)
技术总结
前嫩第七总监办(ZJ7)

永冻层钻孔桩施工监理
在严寒的黑龙江省北部有一种少见的、常年冻结不融的特殊地质结构层,一般称之为“永冻层”,地球上的永冻层分部面积大约3700万平方公里,占陆地面积的25%,中国永冻层分布面积多在西藏、新疆和东北黑龙江,大约125万平方公里,位居世界第三位。在永冻层地带修建的桥梁俗称《冻土桥》。
黑龙江省在永冻地带修建的《冻土桥》比较少,且冻土大桥更罕见。笔者对冻土桥的科技资料和相关知识见之极少,理论及实践匮乏。今年首次参加冻土桥施工并承担工程监理任务,略有窥见。就其永冻层钻孔桩基础施工技术,粗写此文,与同行交流探讨。
一、概况
黑龙江省重点公路建设项目之一,前锋农场至嫩江县高速公路伊春至北安段K11+930大桥为黑龙江省公路桥梁工程中少有的,也是第一座公路冻土大桥,由黑龙江省公路勘察设计院设计,龙建路桥第一工程有限公司承建,黑龙江省公路工程监理咨询公司承担监理任务。,上部结构为(71×20)m预应力简支转连续T梁,下部为柱式墩、台,钻孔灌注桩基础,共288根钻孔桩,均为穿越永冻层的“冻土桩”。
1、该桥位于黑龙江省北部伊春市林区,是小兴安岭主脉之地,东经120°54′到126°36′和北纬47°43′到48°14′之间;平均海拔400m,具有明显大陆性季风气候特点,一年四季分明,春季干旱多风,夏季温热多雨,秋季降温急剧,冬季漫长、干燥,严寒、多雪,年平均气温
﹣1℃—1℃,极端最高气温38℃,极端最低气温﹣43℃,年平均降水量631mm,最大积雪厚度49cm,,每年10月地面开始聚冰冻结,次年4月开始融化解冻。
2、永冻区的一般概念是有一定冻结深度,又多年四季不融化的地带。本桥属公路自然区划I区,即《北部岛状多年冻土区》。在公路施工图设计时,对于冻土下限超过7m的饱冰冻土,含土冰层等公路穿越地段,一般采用“以桥代路”设计方案,下部采用钻孔灌注桩穿越冻土层(永冻层),桩基承载力不考虑冻土层桩侧摩阻力(相应加长桩长)。这种设计方案可有效的克服冻融等病害对公路的影响,且能保证公路的稳定和安全。
黑龙江省在永冻区建桥极少,此桥是一个范例,它地处典型的永冻区,人烟稀少,地势平坦低洼,多为沼泽湿地,塔头和次生林草覆盖,一般冻深6—8m,最大冻深达12m。
3、根据实际钻孔留样分析,区域内即有少冰冻土、多冰冻土,也有饱冰冻土和含土冰层等。大多饱冰冻土和多冰冻土存在于粉质粘土或粗砂层中。
本桥实际地质结构大体分以下三类:
地面线 I类Ⅱ类Ⅲ类
二、适合永冻层的钻机类型及特点
本桥地质情况特殊,特别是含有饱冰冻土层,桩基础施工时会带来一定热量,破坏冻土的稳定冻结状态,使冻土层的土体加速融化,出现孔壁不稳定扩孔甚至塌孔的质量问题,所以根据不同的土质情况和地下水位选用不同类型的钻机。
1、对于砂层、含大量饱冰冻土,土质变化大,地质条件复杂的桩选用冲击钻,采用双护筒施工。内护筒靠其自重随钻头跟进,以防止塌孔,内护筒跟进深度应超过冻土层下限2-3m。
工艺优点:
①施工稳妥、不扩孔、不塌孔、质量稳定。
工艺缺点:
①成孔速度慢、施工成本高。
②施工不当很可能出现刮、埋钻头现象、施工风险大。
2、对于冻土层浅,地下水位低,土质情况较好的桩位采用大功率旋挖钻机干法(或湿法)成孔。
工艺优点:
①钻机由全液压系统控制,能更好的保证桩基垂直度,孔位、孔深、达到规范要求。
②成孔效率高,正常情况5-7小时即可成孔,保证工程进度。
③因孔内无泥浆,空气导热慢,孔壁稳定性好,不易扩孔、塌孔。
④成孔后清孔彻底。
⑤施工噪音低,不污染林区环境。
工艺缺点:
①旋挖钻设备昂贵,使用成本高。不适用于独立的中小桥基础施工。
根据不同的地质条件,监理工程师同意采用不同型号钻机,本项目由于地下水位低,大部分桩位由旋挖钻机干法(或湿法)成孔完成。旋挖钻机在本项目的应用已取得了很好的效果。
三、永冻层旋挖钻成孔工序控制
1、施工准备和测量放样
桥位位于沼泽地域,首先清除树根及植被。为了减少对冻土的热扰动,尽快用碎石土进行筑岛,。筑岛土方填筑密实、平整,利于旋挖钻机就位,避免钻进过程中钻机沉陷。准确测出桩中心位置,利用十字线放出控制桩位,并以控制桩位基准埋设护筒。
2、护筒埋设
护筒采用挖坑埋设法。钻机就位后,先用比护筒直径大一级别的钻头施钻,到达深度后提钻安设护筒,护筒就位后分层夯实。护筒内径比桩径大20-40cm,护筒中心竖直线与桩中心线重合,平面允许误差50mm,倾斜不大于1%,护筒高出地面50cm,护筒就位后必须复测,监理