高原冻土公路施工总述(重难点解决方案)

1、高原冻土施工的重点、难点和解决方案一、高原冻土施工措施1、冻土学基础理论（1）基本概念 冻土是指处于0以下，并含有冰的岩石和土体。包括多年冻土（指冻结状态维持在二年或二年以上的冻土）和季节冻土（指冬季冻结，来年夏季融化，冻结状态维持在二年以下的土体）。季节融化层是指每年暖季融化、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、暖季融化的土层。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运营后，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

2、体。B、冻胀丘；多年冻土区地下水在冻结土层下聚集冻结，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引起高含冰量多年冻土融化下沉所形成的积蓄水的洼地。D、热融滑坍：高含冰量冻土分布在平缓山坡，由于人为破坏坡脚，高含冰量冻土暴露融化，上覆土层失去支撑而坍塌，与融化泥水混合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良好的山前平缓低地或洼地，由于地下水的出露和多年冻土层的隔水作用，使之积水而成的潮湿地段。F、厚层地下冰：指分布于多年冻土上限附近的一种含土冰层。冰中的土块似悬浮于冰中。G、冻土的描述定名和融沉性等级分类土类含冰特征融沉性等级及类别

3、冻土定名冻土 一、肉眼看不见凝冰的冻土、胶结性差，易碎冻土。I级不融沉少冰冻土、无过剩冰的冻土、胶结性良好的冻土、有过剩冰的冻土二、肉眼可见分凝冰，但冰层厚度小于或等于.的冻土、有单个冰晶体，冰包原体的冻土、在颗粒周围有冰膜的冻土级弱融沉多冰冻土3、不规则走向的冰条带冻土级融沉富冰冻土4、层状或明显定向的冰条带冻土级强融沉饱冰冻土厚层冰冰层厚度大于2.5cm的含土冰层或纯冰层1、含土冰层V级融陷含土冰层2、纯冰层ICE2、多年冻土地区基础设计的原则由于冻土所具有的特殊工程地质特性，因而基础类型的选择除考虑铁塔安全等级、类型外，还应考虑冻土类型、冻土环境、交通条件及人工作用便捷性等。本工程设计在

4、多年冻土地区基础采用了保持冻土地基冻结状态和按地基融化状态的设计原则。3、高原多年冻土区工程施工特点 本工程施工具有施工工期短、劳动效率低下、施工条件艰苦、生态环境十分脆弱和环保意识强等特点。4、高原多年冻土区工程施工技术要求（1）施工前做好多年冻土工程地质核查工作，如果与设计不符，及时通知业主申请变更。（2）施工时重视多年冻土环境保护工作，严格按照设计进行土石方施工。（3）路基工程施工采用“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，必须贯彻“先排水、后主体”的施工原则。排水包括永久性排水和临时排水。（5）路基防护工程根据路基成型情况及时安排施工，尽量缩短裸露时

5、间，防止雨水冲刷边坡造成水土流失。（6）高原多年冻土区桥涵基础施工技术关键：明挖基础施工采用“基坑爆破一次成型，机械化快速开挖”工艺，严禁拉槽式开挖，基坑开挖后及时进行施工和回填，缩短暴露时间，减少多余热量进入多年冻土从而影响其热稳定性；基础混凝土一般采用低温早强耐久性混凝土，混凝土拌合物的入模温度宜控制在05。浇筑完成后，及时采取防风、防冻措施，采用蓄热法养护。5、低温早强耐久混凝土施工要求：（1）低温早强耐久砼拌制由工区混凝土拌合站统一集中拌制，混凝土罐车运至施工现场进行浇筑施工。（2）低温早强耐久砼浇筑：A、低温早强耐久砼混凝土浇筑前应将模板及钢筋上的冰雪和污垢清理干净，不得将冰雪直接融

6、化。B、低温早强耐久砼运至浇筑地点，应尽快浇筑，减少热损失；当混凝土因凝结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，采用滑槽入模。C、低温早强耐久砼应分层连续浇筑，分层厚度不得大于30cm。当因故间歇时，不得超过0.5h；当允许间歇已超过时，应按浇筑中断处理，同时应留置施工缝，并作出记录。施工缝处应埋入适量的接茬钢筋，并使其体积露出前层混凝土外一半左右。D、混凝土采用插入式振捣器捣固，其移动间距不宜大于振捣器作用半径的1.5倍，且插入下层混凝土的深度宜为510cm；振捣时不得碰撞模板、钢筋和预埋部件；每一振点的振捣延续时间宜为2030s，以混凝土

7、不再沉落，不出现气泡，表面呈现浮浆为度。但不得超振，避免降低混凝土的含气量。6、低温早强耐久混凝土的养护及拆模（1）两阶段养生方法：A：砼早期养生采用补水养生，即首先在砼结构物表面包裹一层蓄水物质，如麻袋片等，然后，再用塑料薄膜包裹封闭严实，在砼养生期内，需对蓄水物质定时注水保证持续湿润状态，养生时间不得少于14天，并应经常检查；B：剥离塑料薄膜，停止养生时，立即在砼结构物表面喷涂一层抗低温、抗紫外线辐射型砼保湿养护剂，以封闭砼内部残余水分不被蒸发，保证砼后期水化的持续进行。（2）采用蓄热法（低温条件施工）进行养护时，应符合相关规定、凝土浇筑完毕后，应延长脱模时间,带模养护7天以上，注意保温防

8、寒，并用塑料薄膜覆盖。（3）不得放水养护。（4）脱模后迅速在混凝土表面喷涂一层抗低温、抗紫外线辐射型砼保湿养护剂，并用塑料膜（布）包裹。（5）在混凝土与外界环境的温差极大情况下，采用棉被覆盖等保温保湿措施。二、高原多年冻土区路基施工的主要特点：多年冻土区现存的自然环境和生态环境是地质历史时期的产物，是由古代和近代地质地貌过程和气候条件所决定的。特点一：在不破坏多年冻土区现存的自然环境和生态环境的前题下，多年冻土是稳定的，但如果多年冻土被破坏，地基多年冻土将产生衰退，甚至融化，路基地基将受到严重影响。特点二：多年冻土区路基受施工季节影响较大，应尽量减少季节对多年冻土的热干扰。特点三：水对路基地基

9、影响较普通地区大。水携带的热量较空气要大得多，水在路基工程附近的聚集，对路基地基多年冻土的热干扰很大，甚至引起多年冻土大量融化。特点四：多年冻土工程地质条件十分复杂，在不大的范围内，各种工程类型的多年冻土可能均有分布。特点五：本工程地处青藏高原，冻结期较长，最长达七个月。特点六：多年冻土区路基工程受不均匀冻胀和热融下沉影响较大。三、高原多年冻土区路基施工技术措施：根据高原多年冻土区路基的特点，总结相关工程施工的经验和教训，对多年冻土路基必须采取相应技术措施。技术措施一：路基施工中，为减小路基热融下沉，应注意减少填料蓄热对地基多年冻土的影响；基于多年冻土区路基工程的特殊性，多年冻土区路基工程必须

10、满足在抗冻胀、抗融沉方面的特殊要求。技术措施二：多年冻土区路基施工应充分重视多年冻土环境保护和环境保护工程的施工，严格按环保要求组织施工。为满足环境和路基稳定要求，防止因周围环境的冻土被破坏，致使热融发生扩散而危及路基稳定，要求取土场应离开路基500m以上，且必须由环保部门指定。技术措施四：由于水对路基地基多年冻土的热干扰很大，甚至引起多年冻土大量融化。防止地表水、地下水与地基多年冻土接触是维护地基多年冻土稳定的关键。路基施工前必须预先做好临时排水系统，并将临时排水和永久性排水系统统筹考虑，以减少对施工地段地表的破坏，保护好多年冻土环境。四、多年冻土地区基础施工的关键工作1、基坑开挖： (1)

11、按地基土冻结状态设计的基础关键是保持土壤冻结状态，减少人为扰动； (2)按地基土融化状态设计的基础关键是做好遮阳防雨措施以保持坑壁的稳定，并采取必要的抽水排水工作；2、基础工程:现浇基础混凝土配合比设计、浇制、养护；预制管桩基础的安装、回填；基础辅助措施如热棒的施工技术及工艺。3、多年冻土地区基坑开挖基本原则按保持冻结原则设计的基础，摸清规律掌握好开挖的时机与时间，在人工开挖的条件下，对厚层地下冰、地表沼泽化或径流量大的地段基坑开挖尽量在天气较为寒冷的季节施工；若在暖季施工时采取遮阳、防晒措施，选择在气温较低的时段内快速施工。在饱冰冻土、含土冰层地段施工时，可在暖寒季交替期施工，视天气情况采取

12、遮阳和防晒措施，能够保持冻土的稳定。按容许融化原则设计的基础，设计要求进行基底换填的按设计进行换填，设计未要求的，铺设厚不小于30cm的碎石垫层。对于在暖季施工融化地下水比较多的基坑，需要采取抽水排水措施，为防止坑壁坍塌应采取挡土板、钢筒或混凝土护壁措施。4、多年冻土地区基坑开挖技术措施（1）各类基础基坑开挖主要施工方法 见表21（2） 施工准备（3） 施工前应仔细核对设计文件，全面调查与核实杆塔位的地质及地形，发现与设计不符的情况，立即上报处理。（4） 按照设计要求，结合桩位所处地形合理规划施工便道及施工场地。针对送电线路施工的特点，应遵循不破坏施工场地周围植被、不扰动基坑周围冻土的原则。5

13、、基坑开挖的一般要求A、按保持冻结原则设计的基础，在厚层地下冰、地表沼泽化或径流量大的地段基坑开挖尽量在寒季施工；在暖季施工时应采取遮阳防雨措施，选择在气温较低的时段快速施工。B、按容许融化原则设计的基础，也尽量选择在寒季开挖，对于不可避免的需在暖季施工的基坑，在做好遮阳防雨措施的同时，必要时还要做好抽水排水、以及防止坑壁坍塌的防护措施。C 、为避免污染基坑周围的环境，坑内弃土应全部置于塑料编织布上，并置于离基坑边缘的距离不小于常温下规定的距离加上弃土堆的高度的地点。对于植被茂盛的地点，需将原植被集中收集并加以养护，待基础完工后重新覆盖在基坑上，以保持原始地貌。D、基坑开挖预留300mm以上防

14、冻层，待浇筑前基坑操平时再挖至设计深度，以避免气温上升冻土解冻后造成不均匀下沉。E、基础坑开挖后，若不能及时浇筑时则在坑底铺盖厚度不小于1m的稻草帘等保温、防冻。5、特殊基坑的开挖（1） 泥水坑的开挖对于在饱冰冻土地带施工，由于气温、地温及施工扰动引起冻土融化而造成坑内大量积水，尤其是基坑为细粒土质的，要制定专门的技术方案。A、对不塌方且渗水速度较慢的水坑，可采用人工掏挖，挡土板或钢筒护壁的施工方法，挖至设计深度后，立即进行混凝土浇制或吊装预制管桩。B、对于渗水较快的水坑，采用人工掏挖，挡土板或混凝土护壁的施工方法，同时必须选用合适的抽水设备排水，边排水边挖至设计深度。C、对于渗水量大且坑壁坍

15、塌的大开挖基坑，开挖时必须使用挡土板加以支撑。开挖时先开口挖下0.30.5m，然后在坑壁四周设水平横撑木，将挡板由横撑木及坑壁间插下，边插边打，横撑木间距视土质而定，一般为0.81.0m。挡板顶端要有防止打裂的措施，若使用钢板挡土板则更好。挖掘过程中是边挖边下挡土板，要注意观察挡板有无变形及断裂危险。若发现异常应及时更换或者在横撑上加水平顶杠，增强挡土板骨架的刚度。确保挖坑深度达到设计要求。（2） 对于现浇基础关键是混凝土配合比设计、原材料保温加热、混凝土浇制、养护。（3）对于设计对基础有辅助措施的按设计进行。 7、多年冻土地区基础施工技术措施（1）高原多年冻土条件下混凝土的特点A、 常年低温

16、、负温，混凝土强度增长慢。B、 四季及昼夜温差较大，混凝土受正、负温影响。同时风速大，刮风时间长，易造成混凝土水分蒸发、失水而造成风蚀破坏。 C、在混凝土硬化初期，若不保温，易造成水化停止，强度停止发展，混凝土表明出现龟裂，甚至更大裂缝。D、 一年四季及昼夜间温度梯度较大，出现正、负温交替变化频繁，因而冻和融交替频繁，易造成混凝土结构的疲劳破坏。 （2）冻土环境对混凝土的特殊要求A、 超塑化。要求在坍落度达200mm的条件下，保温不泌水不离析，便于施工，易于密实。B、负温早强性能。要求在单位胶凝材料用量相同的条件下，混凝土在规定温度为-20的条件下， 7d和28d龄期的抗压强度比同期基准混凝土

17、分别提高20%40%和10%20%。C、对冻土层的热扰动要小。要求当入模温度在5左右时，离基坑表面20cm处冻土的最大温升为3，离基坑1m处冻土的最大温升为0.66，离基坑表面2m处的最大温升为0.21（不考虑环境温度影响因素）。D、 坍落度保持适宜。要求当初始坍落度为200210mm时，1h后混凝土的坍落度要求保持在170180mm。E、 凝结时间适宜。要求凝结时间差要求一般在3060min。F、 使用温度范围广。要求可满足本工程沿线不同季节、不同使用环境条件的混凝土的施工，适用温度范围为-2010。G、 抗风蚀性能。（3） 高原冻土环境下混凝土的施工技术措施A、 原材料拌制混凝土的原材料必

18、须符合下列要求：（1、水泥。施工用的水泥优先采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，其性能应符合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥（GB175-99）的规定。应选择适宜低水灰比特性的水泥，有针对性地选择活性高、水化热大的水泥品种，其性能应符合相关标准的规定。进场的每批水泥（100t为一批，不足100t按一批计），必须具有厂家出具的质量合格检验报告，并经过复检合格后方可使用。储存期超过3个月的水泥必须经过复检合格后方可使用。储存期间因受潮结块的水泥不得使用。（2、骨料。骨科的品质除应满足TB102102001的规定外，砂的含泥量不得超过3%，石子的含泥量不得超过1%，石子的针片状颗粒总含量不得超过10%。在条件

19、许可的情况下，应优先选用含泥量小、针片状颗粒含量少、压碎指标值小的非碱活性连续级配砂石。（3、拌合水。拌制混凝土用水应满足TB102102001的规定；不得使用含有超量SO42-、Mg2+、C1-的水搅拌混凝土。（4、外加剂。根据不同种类混凝土的物理、力学性能和长期耐久性能的要求，基础混凝土所用的外加剂应选用具有如下多重效能的复合高效外加剂：一是高效碱水。能保证在混凝土的流动满足施工要求的前提下，最大限度地降低混凝土的水灰比和单方拌合用水量，从而提高混凝土的一系列耐久性能，有效降低混凝土的水化热温升。二是早强。可促进水泥的水化反应，提高混凝土早期抵抗冰晶冻融应力破坏的能力。三是防冻。可降低混凝

20、土毛细孔中水的冰点，转变冰晶的晶形结构，从而有效地抑制或降低毛细水冰晶应力的破坏作用。四是引气。可在混凝土中引入分布均匀的封闭小孔，可以有效地缓冲冻融过程中冰晶应力对混凝土造成的疲劳破坏作用。五是增实。可以细化水泥石的孔结构，从而进一步改善混凝土的抗渗性、抗冻性以及其它耐久性能。混合材料的掺入亦可适当降低混凝土水化热。六是保坍。即可适当延长混凝土的初凝时间，又能明显缩短混凝土的初、终凝时间差，因而既能减少混凝土在拌和及浇制过程中的坍落损失，又能保证一旦浇灌完毕，混凝土能迅速凝结硬化，从而获得足够的抗冻临界强度。B、配合比（1、必须根据不同冻土地段、不同环境条件、不同温度范围以及不同地质条件的具

21、体要求进行混凝土配合比设计，并经过试验验证。（2、正常施工期间，每班搅拌混凝土之前，应根据当班测定的骨料含水率随时调整混凝土的施工配合比。骨料含水率测定频率可视天气情况酌情增减。C、 混凝土拌制（1、混凝土采用机械搅拌。搅拌时间宜为25min 。（2、搅拌混凝土前应根据浇注的要求，先经过热工计算，再通过实际试拌确定水和骨料需要预热的最高温度。应优先采用加热水的预热方法，但水的加热温度宜80。当骨料中含有冰、雪等物，加热水也不能满足要求时，可将骨料均匀地进行加热，其加热温度应60。水泥、外加剂及掺合料不得直接加热，可在使用前运入暖棚进行预热。搅拌时，应先向搅拌机中投入骨料和已加热的水，搅拌均匀后

22、再投入水泥、外加剂或掺合料等。D、混凝土浇筑混凝土浇筑前，模板与钢筋上的积雪或积水应进行清理，不得在有积雪的情况下进行浇筑。浇筑过程中，若遇有雨雪天气，应及时采用塑料布进行覆盖。-15以上的气温条件下，应控制混凝土的入模温度不低于68，低于-15条件下，混凝土的入模温度应适当提高至10左右。浇筑结束后，若需要采用插式振岛器振捣混凝土，应迅速进行，且振捣时间不宜超过1min。E、混凝土养护混凝土养护是冬期施工中尤为关键的环节，施工单位在混凝土浇筑前，应首先根据混凝土作业量，备足保温防风材料。（1、 -15以上气温条件下，可采用一层塑料布+ 一层保温棉毡进行防风保温。（2、-15以下气温条件下，应

23、采用一层或二层塑料布+二层保温棉毡进行防风保温。（3、保温材料不得受潮，否则会失去保温的效果，施工单位应注意在贮存与施工过程中的保管。（4、对于混凝土结构的迎风面、棱角突出部位、不易蓄热部位，应加强保温措施，并加强温度的监测。（5、冬期施工中，任何时候都不得在混凝土表面浇水养护。为防止混凝土水化热的散失，应在混凝土浇筑完毕后及时用防风材料（塑料布）进行围护。（6、 混凝土养护过程中温度的监测：按JGJ104-97的规定，混凝土在达到抗冻临界强度之前，每2h测量一次，在达到抗冻临界强度之后，每6h测量一次（具体温度要求按本规程执行）。（7、为保证混凝土的强度持续发展，满足验收龄期的要求，混凝土在

24、达到抗冻临界强度后，不得将混凝土直接暴露于环境中，应继续保温养护至达到设计规定强度。五、成套冻土工程施工措施通过大量试验研究和理论分析，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。针对不同冻土条件，创新出一整套多年冻土工程措施：1、片石气冷措施。片石气冷路基是在路基垫层之上设置一定厚度和空隙度的片石层，因片石层上下界面间存在温度梯度，引起片石层内空气的对流，热交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气候特点，加快了路基基底地层的散热，取得降低地温、保护冻土的效果。通过室内摸拟试验和试验段工程测试分析，探索出片石气冷路基的合理结构形式、设计参数和施工工艺

25、。确定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0.20.4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。这一措施已在沿线117公里的高温不稳定冻土区加以应用。经三个冻融循环的观测分析，起到了降低路基基底地温和增加地层冷储量的作用，路基沉降变形明显减小并基本趋于稳定。这是主动降温、保护冻土的一种有效工程措施。2、基底换填措施。为避免和减轻多年冻土对路基稳定的影响，在挖方地段或填土厚度达不到最小设计高度的低路堤，基底采用了换填粗粒土措施，防止冻胀融沉，确保路基稳定。当基底为高含冰量冻土层时，换填厚度为1.31.4倍天然上限深度。

26、为防止地表水下渗，换填时设置了复合土工膜防渗层。3、合理路基高度措施。在低温多年冻土区，路基设计高度应在合理范围内。路基达到一定填筑高度后，在一定的气温、地温条件下多年冻土上限可以保持基本稳定。但随着路基高度增加，边坡受热面增大，由边坡传入地基的热量增加，太高的路基不利于稳定。根据不同的地温分区，多年冻土路基合理设计高度为2.55.0米。若不能满足这个条件时，需采取其它工程措施。4、涵洞基础措施。对涵洞工程进行研究比较后，选用了矩形拼装式钢筋混凝土结构。这种涵洞采用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。六、冻土地基回填冻土地基的回填是本工程

27、施工的重点和难点，回填质量的好坏关系到路基的稳定性,因此对大开挖地基必须要用未冻结的细颗粒土分层夯实回填，密实度不得小于93%（现场随机取样，送有资质的实验室进行检测）。严禁用冻土块回填。1、冻土区基础拆模后，应及时回填。回填土应夯实，每层厚度300厘米，回填土应高出地面500毫米做防沉层。2、填方应尽量采用同类土填筑，并控制适宜含水量，当采用不同的土填筑时，应按类有规则地分层铺填，将透水性较大的土层置于透水性较小的土层之下，不得混杂使用，以利水分排除和基土稳定，并避免在填方内形成水囊和滑动现象。2、填方应从填方区最低处开始，由下向上水平分层铺填。填土层下淤泥，杂物、冰块应清除干净，为耕土或松

28、土时，应先夯实，然后再全面填筑。在地形起伏之处，应修筑12阶梯形边坡（每台阶高可取50厘米，宽100厘米）。3、人力打夯要按一定方向进行，打夯时应一夯压半夯，夯夯相接，行行相连，每遍纵横交叉，分层夯打，夯实基槽及地坪时，行夯线路应由四边开始，然后再夯中间。4、填土区如有地下水或滞水时，应在四周设置排水沟和集水井，将水位降低。已填好的土如遇水浸，应把稀泥铲除后，方能进行下一道工序。填土区应保持一定横坡以利排水，并尽可能做到当天填土，当天压实。5、基坑回填应在相对两侧或四周同时进行。七、施工期环境保护1、青藏高原环境状况 由于青藏高原的地势起伏和海拔高度的差异，形成了多种多样的生态系统，生物群落丰

29、富多彩，有许多极具保护价值的珍稀濒危野生动、植物,沿线建立了各类自然保护区以保护这些动植物和维护高原生态系统；另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，具有调控环境的作用（涵养水源、防止水土流失和调节气候、净化环境等功能），还具有很高的生物生产力，可提供各种食物、饮用水，具有丰富的水能资源、生物多样性富集、维持区域水平衡等特点。那曲属重要沼泽湿地,沼泽植被类型较多,主要为藏北蒿草群落,分布在河漫滩、阶地，是当地的重要草场。2、工程建设对生态环境的影响（1）工程施工、取弃土及人为活动将扰动地表、破坏植被，引起土地沙化，加重水土流失。（2）对多年冻土的影响：土石方工程及其工程构筑物直接破坏冻土的热稳定状态；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破坏，表现在高温冻土区的冻土退化，高含冰量冻土地段、地面破坏导致热融沉陷的发生和发展，引起次生的冻土环境问题，如冰椎、冻胀等。（3）对环境的影响: 工程施工期间施工机械噪声对周围野生动物和当地居民的影响;施工期大临设施及营地排放的固体废物和生活污水对周围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、施工期环境保护措施及具体要求（1）充分认识青藏