高原冻土施工的重点、难点和解决方案(2)

高原冻土施工的重点、难点和解决方案1.1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。

对于地质情况较好，基础负荷不大，环保要求高的塔位采用掏挖式基础。

掏挖式基础在以往的工程中也施工过，施工工艺成熟。

施工过程主要控制好坑壁坍塌、保持冻土稳定等措施。

季节性冻土地区按地基土融化状态设计为大开挖基础，主要设计基础型式有适合于冬季施工的装配式基础、锥柱基础，以及跨河及冻土地质条件极差、基础负荷大的灌注桩基础。

（1）桩基础。

主要为钻孔灌注桩基础，在基础作用力较大且地质条件较差的河网地区的塔位使用钻孔灌注桩基础。

相对于其它软弱地基基础而言，具有施工方便，可以保证铁塔运行安全的特点。

因此在本工程的跨河地段和地质条件较差地段采用这种常规的钻孔灌注桩基础较为安全可靠和经济适用。

（2）预制装配式基础。

该基础适合于非多年冻土、多年冻土地区的基岩及融区、低含冰量的冻土区、地下冰分布均匀的富冰冻土粗粒土地段及不冻胀和弱冻胀性的地基上。

（3）锥柱基础。

由于锥柱基础可以通过自身的结构型式改变消除切向冻胀力，因此在季节性冻土和多年冻土地区广泛地应用，特别在多年冻土地区最大冻结深度在2～4米之间基础易于开挖成型不易垮塌的地区。

1.2多年冻土地区基础施工的关键工作1.2.1基坑开挖：⑴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；⑵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；⑶管桩基础桩孔的成型和孔壁稳定。

1.3.2基础工程:⑴现浇基础混凝土配合比设计、浇制、养护；⑵预制管桩基础的安装、回填；⑶基础辅助措施如热棒的施工技术及工艺。

1.3多年冻土地区基坑开挖基本原则⑴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，视天气情况采取遮阳和防晒措施，能够保持冻土的稳定。

⑵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。

⑶基坑一般采用爆破方式进行开挖（可可西里保护区视时间而定，要避开动物迁徙的季节），爆破作业采用松动爆破或预裂爆破（药量按冻土爆破设计原则控制）。

基坑从开挖到下桩（浇制）要连续，必须突出“快”字。

⑷桩基础开挖视地质情况采取人工掏挖和机械旋挖相结合的方式。

2多年冻土地区基坑开挖技术措施2.1各类基础基坑开挖主要施工方法见表2－12.2 施工准备2.1.1 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。

2.1.2 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。

2.3 基坑开挖的一般要求2.3.1 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。

2.3.2 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。

2.3.3人工挖掘预制装配式基础时可采用小炮松动爆破和风镐联合的方式进行基坑开挖。

在寒冷的冬季也可用牛粪（或煤砖）在坑中心围火局部融化的方式进行开挖。

各类基础基坑开挖施工方法一览表表2-12.3.4 人工大开挖基础也可采用也可松动爆破和风镐联合的方式进行基坑开挖，药量按冻土爆破设计原则控制。

炮孔可用人工打钎成孔和麻花钻机械成孔。

炸药可使用黑色炸药、硝铵炸药，严禁使用甘油类炸药。

基坑开挖宜分段进行，开挖作业要连续，必须突出“快”字。

2.3.5 当冻土采用爆破法施工时，施工地点离建筑物、公路、铁路的距离应符合或大于《土方与爆破工程施工及验收规范》（GBJ201）的有关规定。

2.3.6 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。

2.3.7基坑开挖预留300mm以上防冻层，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。

2.3.8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。

2.4 特殊基坑的开挖2.4.1 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。

⑴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。

⑵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。

⑶对于渗水量大且坑壁坍塌的大开挖基坑，开挖时必须使用挡土板加以支撑。

开挖时先开口挖下0.3～0.5m，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0.8～1.0m。

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。

2.4.2 桩基坑的开挖本工程桩基础应用于具有强冻胀的低温高含冰量多年冻土区，具有对冻土的热扰动较小的优点。

根据本工程的具体地质条件，在冻土环境、地质情况相对较好的情况下采用人工开挖的方式必要时辅以混凝土或钢筒护壁的施工方法。

在冻土环境恶劣，人工开挖可能导致冻土不可恢复的扰动的情况下采用钻机开挖干法成孔的施工技术。

对于冻土融化基坑内部水量较大的，需要采取排水措施。

坑口采用钢板护壁的施工方案。

2.5 需要采取的措施2.5.1 对于预制装配式基础，视地形情况采取吊车吊装就位的方式。

2.5.2 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。

2.5.3 对于设计对基础有辅助措施的按设计进行。

2.6 施工工器具及机械选择：2.6.1 根据送电线路基础施工的实际情况及本工程的特点，基坑土石方开挖机具见表2-2：2.6.2基础施工工器具3 多年冻土地区基础施工技术措施3.1 高原多年冻土条件下混凝土的特点3.1.1 常年低温、负温，混凝土强度增长慢。

3.1.2 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。

3.1.3 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。

3.1.4 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。

3.2冻土环境对混凝土的特殊要求3.2.1 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。

3.2.2 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分别提高20%～40%和10%～20%。

3.2.3 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）。

3.2.4 坍落度保持适宜。

要求当初始坍落度为200～210mm时，1h后混凝土的坍落度要求保持在170～180mm。

3.2.5 凝结时间适宜。

要求凝结时间差要求一般在30～60min。

3.2.6 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-20～10℃。

3.2.7 抗风蚀性能。

3.3 高原冻土环境下混凝土的施工技术措施3.3.1 原材料拌制混凝土的原材料必须符合下列要求：（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TB10210—2001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TB10210—2001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：一是高效减水。

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。