高原冻土施工的重点难点和解决方案1.docx
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高原冻土施工的重点难点和解决方案1
高原冻土施工的要点、难点和解决方案
一、高原冻土施工举措
1、冻土学基础理论
(1)基本观点
冻土是指处于0℃以下,并含有冰的岩石和土体。
包含多年冻土(指冻结状态保持在二年或二年以上的冻土)和季节冻土(指冬天冻结,来年夏天消融,冻结状态保持在二年以下的土体)。
季节消融层是指每年暖季消融、寒季冻结的多年冻土上部覆盖层。
季节冻结层是指每年寒季冻结、暖季消融的土层。
多年冻土上限是指多年冻土顶面的埋藏深度。
多年冻土下限是指多年冻土底面的埋藏深度。
多年冻土人为上限是指工程建筑物修建和营运后,多年冻土新形成的上限。
(2)不良冻土地质现象:
A、冰椎:
多年冻土区地下水或河流封冻后地下(河水)流出地
表形成的椎状或盾状冰体。
B、冻胀丘;多年冻土区地下水在冻结土层下齐集冻结,形成透
镜状厚层冰体,将地表隆起形成丘状的土丘。
C、热融湖塘:
由人为作用或自然作用惹起高含冰量多年冻土融
化下沉所形成的存储水的凹地。
D、热融滑坍:
高含冰量冻土散布在缓和山坡,因为人为损坏坡
脚,高含冰量冻土裸露消融,上覆土层失掉支撑而坍塌,与消融
泥水混淆顺坡向下滑动的坡面坍滑现象。
E、沼泽湿地:
多年冻土区某些植被覆盖优秀的山前缓和低地或
凹地,因为地下水的出露和多年冻土层的隔水作用,使之积水而成的
湿润地段。
F、厚层地下冰:
指散布于多年冻土上限邻近的一种含土冰层。
冰中的土块似悬浮于冰中。
2、沿线冻土散布
该项目位于位于青海省海南州共和县恰卜恰镇同德路以南,环城
东路至次汗素桥以西,次汗素村西山以东,均匀海拔在2800米以上
的。
本项目建设地址每年有部分时间为冰冻期
3、高原多年冻土区工程施工特色
本工程施工拥有施工工期短、劳动效率低下、施工条件艰辛、生
态环境十分柔弱和环保意识强等特色。
4、高原多年冻土区工程施工技术要求
(1)施工前做很多年冻土工程地质核查工作,假如与设计不符,实时通知业主申请更改。
(2)施工时重视多年冻土环境保护工作,严格依据设计进行土石方施工。
(3)路基工程施工采纳“机械化为主,人工为辅”的施工方式。
(4)为减少施工对多年冻土的水状况影响,一定贯彻“先排水、后主体”的施工原则。
排水包含永远性排水和暂时排水。
(5)路基防备工程依据路基成型状况实时安排施工,尽量缩短裸露时间,防备雨水冲洗边坡造成水土流失。
(6)高原多年冻土区桥涵基础施工技术要点:
明挖基础施工采纳“基坑爆破一次成型,机械化快速开挖”工艺,禁止拉槽式开挖,基坑开挖后实时进行施工和回填,缩短裸露时间,减少剩余热量进入多年冻土进而影响其热稳固性;孔桩基坑主要采纳旋挖钻机施工工艺,尽量减少施工热扰动;基础混凝土一般采纳低温早强持久性混凝土,
混凝土拌合物的入模温度宜控制在0~5℃。
浇筑达成后,实时采纳
防风、防冻举措,采纳蓄热法保养。
5、低温早强持久混凝土施工要求:
5.1低温早强持久砼拌制由工区混凝土拌合站一致集中拌制,混
凝土罐车运至施工现场进行浇筑施工。
5.2低温早强持久砼浇筑:
5.2.1低温早强持久砼混凝土浇筑前应将模板及钢筋上的冰雪和
污垢清理洁净,不得将冰雪直接消融。
5.2.2低温早强持久砼运至浇筑地址,应赶快浇筑,减少热损失;
当混凝土因凝固或冻结而降低流动性后,不得二次加水拌合使用;浇
筑时的自倾落高度不得大于2米,当大于2米时,采纳滑槽入模。
低温早强持久砼应分层连续浇筑,分层厚度不得大于30cm。
当因故间歇时,不得超出0.5h;当同意间歇已超出时,应按浇筑中
断办理,同时应留置施工缝,并作出记录。
施工缝处应埋入适当的接
茬钢筋,并使其体积露出前层混凝土外一半左右。
混凝土采纳插入式振捣器捣固,其挪动间距不宜大于振捣
器作用半径的1.5倍,且插入基层混凝土的深度宜为5~10cm;振捣
时不得碰撞模板、钢筋和预埋零件;每一振点的振捣连续时间宜为
20~30s,以混凝土不再沉落,不出现气泡,表面体现浮浆为度。
但
不得超振,防止降低混凝土的含肚量。
6、低温早强持久混凝土的保养及拆模
6.1两阶段养生方法:
A:
砼初期养生采纳补水养生,即第一在
砼构造物表面包裹一层蓄水物质,如麻袋片等,而后,再用塑料
薄膜包裹封闭严实,在砼养生期内,需对蓄水物质准时灌水保证连续
润湿状态,养生时间不得少于14天,并应常常检查;B:
剥离塑料薄
膜,停止养生时,立刻在砼构造物表面喷涂一层抗低温、抗紫外线辐
射型砼保湿保养剂,以封闭砼内部剩余水分不被蒸发,保证砼后期水
化的连续进行。
6.2采纳蓄热法(低温条件施工)进行保养时,应切合有关规定、
凝土浇筑完成后,应延伸脱模时间,带模保养7天以上,
注意保温御寒,并用塑料薄膜覆盖。
不得放水保养。
脱模后快速在混凝土表面喷涂一层抗低温、抗紫外线辐射
型砼保湿保养剂,并用塑料膜(布)包裹。
在混凝土与外界环境的温差极大状况下,采纳棉被覆盖等
保温保湿举措。
7、成套冻土工程施工举措
经过大批试验研究和理论剖析,对冻土在外界条件下的变化过程及对路基变形的影响规律有了新的认识。
针对不一样冻土条件,创新出一整套多年冻土工程举措:
(1)片石气冷举措。
片石气冷路基是在路基垫层之上设置必定厚度和缝隙度的片石
层,因片石层上下界面间存在温度梯度,惹起片石层内空气的对流,热互换作用以对流为主导,利用高原冻土区负积温量值大于正积温量值的天气特色,加速了路基基底地层的散热,获得降低地温、保护冻土的成效。
经过室内摸拟试验和试验段工程测试剖析,探究出片石气冷路基的合理构造形式、设计参数和施工工艺。
确立路基垫层厚度不小于0.3米,片石层设计厚度不小于1米,一般可在1.5米,粒径
0.2—0.4米,强度不小于30兆帕,片石层上铺厚度不小于0.3米的碎石层,并加设一层土工布。
这一举措已在沿线117公里的高温不稳固冻土区加以应用。
经三个冻融循环的观察剖析,起到了降低路基基底地平和增添地层冷储量的作用,路基沉降变形显然减小并基本趋于稳固。
这是主动降温、保护冻土的一种有效工程举措。
(2)碎石(片石)护坡(或护道)举措。
在路基一侧或双侧堆填碎石或片石,形成护坡或护道。
碎石(片
石)护坡缝隙内的空气在必定温度梯度的作用下产生对流,寒季碎石
(片石)内空气对流换热作用激烈,有益于地层散热,暖季碎石(片
石)内空气对流作用减弱,对热量的传入产生障蔽作用,进而增强了
地层寒季的散热,减少了暖季的传热,达到了降低地温、保护冻土的
成效。
深入研究碎石(片石)护坡和护道的作用机理,确立了能够保
持或抬高多年冻土上限的最正确厚度和粒径。
实测表示,厚度1.0—1.5
米的碎石(片石)护坡都拥有很好的降温成效。
经过改变路基阴阳坡
面上的护坡厚度,阳坡面厚度1.6米,阴坡面厚度0.8米,可调理路
基基底地温场的不均衡性。
这项举措对解决多年冻土区路基不均匀变
形拥有重要作用。
(3)通风管举措。
在路基内横向埋设水平通风管,冬天冷空气在管内对流,增强了
路基填土的散热,降低基底地温,提升冻土的稳固性。
青藏铁路使用
钢筋混凝土管和PVC管。
现场试验研究表示,通风管宜设置在路基下
部,距地表不小于0.7米,其净距一般不超出1.0米,管径为0.3—0.4
米。
通风管的降温成效受管径、风向及管内积雪、积沙的影响,特别
是夏天热空气在管内的对流对冻土有负面影响。
为解决这一问题,现
场做了在管口设置自动控制风门的试验。
当外界气温低时风门开启,以利冷空气进入管内;当外界气温高时风门封闭,以防热空气进入管内。
(4)热棒举措。
热棒是利用管内介质的气液两相变换,依赖冷凝器与蒸发器之间的温差,经过对流循环来实现热量传导的系统。
当大气温度低于冻土地温时,热棒自动开始工作,当大气温度高于冻土地温,热棒自动停止工作,不会将大气中的热量带入地基。
我们针对青藏铁路多年冻土特征,在工程实践中对采纳热棒举措进行试验,研究了切合实质的热棒工作参数。
青藏铁路有32公里路基采纳了热棒举措,收到了基底地温降低、冻土上限上涨的优秀成效。
(5)遮阳棚举措。
在路基上部或边坡设置遮阳棚,可有效减少太阳辐射对路基的影响,减少传入冻土地基的热量。
我们在风火山试验基础上,又在唐古拉山越岭地段设置了一处钢构造遮阳棚。
现场测试表示,遮阳棚成效显然,降低了路基基底的地温,提升了多年冻土的稳固性。
这类举措可在必定条件下使用。
(6)隔热保温举措。
当路基高度达不到最小设计高度时,为减少地表热量向地基传达,采纳挤塑聚苯乙烯等隔热资料,可起到当量路基填土高度相同的保温成效。
实践表示,路基工程宜在地表以上0.5米处铺设隔热资料,铺设时间选择在寒季末为好。
隔热保温层在暖季减少了向地基传达的热量,但在冬天也减少了向地基传达的冷量,属于被动型保温举措。
所以,青藏铁路仅在低路堤和部分路堑采纳。
(7)基底换填举措。
为防止和减少多年冻土对路基稳固的影响,在挖方地段或填土厚
度达不到最小设计高度的低路堤,基底采纳了换填粗粒土举措,防备
冻胀融沉,保证路基稳固。
当基底为高含冰量冻土层时,换填厚度为
1.3—1.4倍天然上限深度。
为防备地表水下渗,换填时设置了复合
土工膜防渗层。
(8)路基排水举措。
研究和实践都证明,水是冻土病害的最大本源。
排水不良将造成多年冻土路基严大病害。
青藏铁路设计兼顾考虑了多年冻土区的防排水举措。
合理布设桥涵,设置挡水埝、排水渠、截水渠等工程,以保证排水畅达。
防备路基双侧积水造成冻融变形或引起不良冻土现象。
(9)合理路基高度举措。
在低温多年冻土区,路基设计高度应在合理范围内。
路基达到必定填筑高度后,在必定的气温、地温条件下多年冻土上限能够保持基本稳固。
但跟着路基高度增添,边坡受热面增大,由边坡传入地基的热量增添,太高的路基不利于稳固。
依据不一样的地温分区,多年冻土路基合理设计高度为2.5—5.0米。
若不可以知足这个条件时,需采纳其余工程举措。
(10)路桥过渡段举措。
为减少多年冻土区路桥过渡段的不均匀沉降,台后不小于20米范围内,按倒梯形分层填筑卵砾石土或碎砾石土,分层碾压夯实。
桥台基坑采纳碎石分层填筑压实,其上填筑片石、碎石、碎石土。
经工程列车营运检测,没有发现显然的变形,路桥过渡段处于稳固状态。
(11)桥涵基础举措。
为减少桥梁工程施工对多年冻土的扰动,我们对冻土区桥梁钻孔
灌输桩、钻孔打入桩和钻孔插入桩等三种桩基形式展开了现场对照试
验。
钻孔打入桩在冻土层中打入困难,钻孔插入桩桩四周回填质量难
以控制。
钻孔灌输桩拥有承载力大、抗冻拔能力强的明确长处。
在使
用旋挖钻机施工速度快、质量好、对冻土扰动小,所以在全线绝大多
数非坚硬岩石地基的桥梁都采纳了旋挖钻机成孔的灌输桩基础。
对涵
洞工程进行研究比较后,采纳了矩形拼装式钢筋混凝土构造。
这类涵
洞采纳明挖基坑拼装或混凝土基础,在寒季施工对冻土的热扰动小,
基底冻土回冻时间短,易于控制施工质量。
在不宜修建路基的厚层地下冰地段、不良冻土现象发育地段及地质复杂的高含冰量冻土地段,采纳了修建双柱式桥墩,以小跨度钢筋混凝土桥梁经过。
在550公里的多年冻土地段共修建桥梁120公里。
其作用有三:
减少对冻土的扰动,拥有遮阳作用,可兼作动物通道。
沿线冻土区车站站房采纳桩基架空方式,电力塔架采纳了钻孔插入桩基础。
对不一样设计方案研究比选,确立了合理的孔跨和桥式方案,采纳钻孔灌输桩基础和双柱式桥墩,经过2—3个冻融循环的考验,证明成效优秀,遇到国内外冻土专家的很高评论。
针对不一样特色的冻土地段综合采纳以上工程举措,获得了优秀成效。
经过3个冻融循环的沉降观察,多年冻土区地基冻土上限抬升0.5—1.0米以上,冻土路基下界面负积温增添,地温降低;路基工
后沉降量一般小于2厘米。
已建成的路基、桥涵和地道工程构造稳固,
没有出现显然的冻胀和融沉现象,铁路修建没有引起冻胀丘、热融滑
塌等次生不良冻土地质灾祸。
冻土地段线路平顺,安全靠谱,货运列
车在多年冻土区运转安稳,运转速度达到100公里/小时的设计速度。
二、施工期环境保护
1、青藏高原环境状况因为青藏高原的地势起伏和海拔高度的
差别,形成了多种多样的生态系统,生物群落丰富多彩,有很多极具
保护价值的珍稀濒危野生动、植物,沿线成立了各种自然保护区以保
护这些动植物和保护高原生态系统;此外湿地也是青藏高原上自然资
源比较丰富的农业生态系统,拥有调控环境的作用(修养水源、防备
水土流失和调理天气、净化环境等功能),还拥有很高的生物生产力,
可供给各样食品、饮用水,拥有丰富的水能资源、生物多样性富集、
保持地区水均衡等特色。
那曲属重要沼泽湿地,沼泽植被种类许多,
主要为藏北蒿草群落,散布在河漫滩、阶地,是当地的重要草场。
2、工程建设对生态环境的影响
(1)对野生动物的影响:
铁路路基及隶属设备占用部分土地,将使该地域野生动物失掉部分栖息地;铁路建设不行防止损坏部分植被,野生动物将失掉部分食品基地;填方路基将从视野和视角上给野生动物的活动和迁徙产生一些阻碍;铁路取弃土场及砂石料场设置在野生动物活动及迁徙范围内,将给动物的生息和安全造成不利影响。
(2)对自然保护区的影响:
工程施工和营运将可能切割保护区野生动物的迁徙通道;工程施工、取弃土及人为活动将扰动地表、损坏植被,惹起土地沙化,加重水土流失。
(3)对多年冻土的影响:
土石方工程及其工程修建物直接损坏冻土的热稳固状态;用地及土石方工程直接改变多年冻土区的地表、地下水径流条件;工程建设行为等人为活动对多年冻土环境造成损坏,表此刻高温冻土区的冻土退化,高含冰量冻土地段、地面损坏致使热
融沉陷的发生和发展,惹起次生的冻土环境问题,如冰椎、冻胀等。
(4)对环境的影响:
工程施工时期施工机械噪声对四周野生动物和当地居民的影响;施工期大临设备及阵营排放的固体废物和生活污水对四周地面水和地下水环境的影响;土石方工程施工产生的扬尘、运输过程中的扬尘和机械尾气排放产生的大气污染.
3、施工期环境保护举措及详细要求
(1)充足认识青藏铁路环境保护的重要性。
成立环、水保领导小组,设一名专(兼)职人员分管环、水保工作,做到人员、组织机构、管理举措三到位。
(2)详细要求:
A、自然保护区、湿地及野生动植物:
设置醒目的标示牌、界限
线,严格限制施工人员活动范围和机械作业范围及前进路线;严
禁
施工人员猎捕野生动物和采摘、踩踏及任意铲出植被;在湿地桥涵处施工中,严格控制作业范围,并采纳举措保证桥涵双侧地表径流畅达。
B、取、弃土场:
取弃土场的地表植被和表土的铲出应分段进行,并在取弃土场内选择地址进行有效保留,场所使用完后实时以平坦、并利用原有的表土和植被进行覆盖恢复。
C、施工便道:
尽量利用路基做便道,减少新开施工便道数目;尽量选在无植被或植被稀少处,并尽可能把便道取短;施工便道宽度严格按设计要求控制,做到少占土地。
修建完成的便道一定进行地区界定和表记,以隔绝便道与四周环境和植被,任何施工人员和机械不得进入便道地区之外进行活动或任意碾压地表植被,并常常检查便道
界定设备和保护。
D、路基、桥涵工程:
施工前将施工范围内陆表原貌沿线路纵
向每1KM进行摄影;将施工范围内的地表植被分段分块铲出移走,平铺寄存到指定的地方进行有效保留和养植,待施工完后,一定按要求用于路基边坡防备和移植;在路基和桥涵上下游及双侧修建截、排水渠,将水引排至邻近河流,防备水土流失;桥涵基础的弃土一定随开挖同步进行,实时倒霉至弃土场,防备雨季淤积草场;车辆运输过程中,为防止扬尘,车辆上覆盖蓬布等举措。
E、路基防备工程依据路基成型状况实时安排施工,尽量缩短
裸露时间,防备雨水冲洗边坡造成水土流失。
F、施工生产和生活阵营污水:
机械设备检修、停放场所一定设
置废油回收设备,荒弃油料要求所有回收,集中处理;生产、生活污
水的排放,要依据污水总量,联合现场状况采纳积淀池隔油积淀办理
达标后方可同意排放。
G、混凝土拌合站:
拌合站站长为拌合站范围内的环保责任人,
依据环保要求进行整体部署和落实。
拌合站原资料寄存主要由资料主
管负责依据场所部署,对砂、石、水泥、掺合料、钢材等工程资料分
别进行表记和圈定;拌合站积淀池的固液分别、积淀清理及排放的废
水办理工作由副站长组织进行办理,同时按要求设置固定的废碴池,
用于寄存拌合后含有水泥等成分的弃碴,便于此后集中一致办理,从
而严格控制污染、达标排放,并负责对拌合场所进行地区圈定和表记,
限制施工人员不得进入地区界定之外活动。
H、施工时期环境噪声:
严格履行《环境噪声污染防治》和《建
筑施工场界噪声限值》中有关规定,保证机械正常施工状况下,尽量
使噪声对四周环境和野生动物的影响降低到最低限度。
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