高原冻土区拼装涵施工技术.docx

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高原冻土区拼装涵施工技术

高原冻土区拼装式涵洞施工技术

高捷王永顺

（中铁20局青藏铁路指挥部）

摘要：

结合青藏高原多年冻土区涵洞的施工,详细介绍拼装式涵洞施工技术

关键词高原冻土拼装涵洞施工

1概述

青藏高原海拔高，空气稀薄，气候恶劣，高寒缺氧，交通条件差，材料物质供应困难，机械效率下降25-40%，年平均气温为-6℃，最低气温达-37℃，地质条件多为富冰、多冰少冰冻土。

为了提高涵洞的施工速度，减少施工对地基的热扰动和改善施工条件，按照多年冻土“保持冻结，允许融化”的设计原则，我局承建的青藏铁路第七标段的涵洞均采用预制拼装式结构，为改善养护维修及通风条件，原则上涵洞孔径大于等于1.5m。

施工遵循“优质快速高效”的原则，尽可能的形成全面机械化施工，减少劳动力的使用，提高劳动生产率。

2工程概况

我局承建的青藏铁路第七标段共47座涵洞,现以DK1137+488涵洞为例：

该涵洞为钢筋砼拼装式矩形涵洞，全长21.27m，共计21节涵节（1m/节），孔径为1.5×2m，基础为拼装式预制基础，宽1.76m，基底换填层内设5cm厚聚胺脂保温板。

涵位地质条件：

0-1m为中砂，1-2m为强风化泥岩，2-2.6m为含土冰层，2.6m以下弱风化，为少冰多冰冻土，弱融沉，冻土上限为2.6m。

翼墙、帽石现场浇筑，砼必须添加低温、早强、耐久砼添加剂（DZ-3）。

本涵洞为排洪兼动物通道而设。

3施工准备

高原冻土涵洞施工应遵循“优质快速，尽量减少施工过程对冻土热扰动”的原则，尽可能连续作业，为防止停工待料，必须作好各项准备工作：

3·1技术准备

编制实施性施工组织计划，其内容包括：

施工工艺与主要技术措施，过渡安排与安全质量环保保证措施，劳动力组织，材料机具计划，运输及劳动保护计划等。

3·2平面布置

施工平面布置时，要重视多年自然环境和生态环境的保护及水土保持，贯彻“预防为主，保护优先，宁填勿挖”的原则，统筹规划，合理布置施工现场，填筑施工平台及施工便道，节约施工用地，尽量减少对冻土的热扰动。

3·3.测量放样

利用复测的线路中心控制桩准确施放涵洞轴线桩，并在涵洞附近固定处设临时水准点。

涵洞轴线桩、水准点要严加保护，防止因地表扰动融沉冻胀引起变化。

4施工方法及工艺

拼装式钢筋砼矩形涵洞施工工艺流程图见图1

拼装式钢筋砼矩形涵洞预制施工工艺流程图见图2,注意涵节预制时,涵节长度应由设计100mm变为99mm，预留1cm作为涵节拼装缝.

4·1基础施工

基础施工工艺流程：

施工准备测量放线机械开挖（冻土爆破）人工清底基底换填涵基拼装防冻胀处理涵基回填

4·2基坑开挖

4·2·1施工准备：

满足基础施工所用的各种材料、机具如挖掘机、吊车（不小于16T）、发电机、沥青木板、保温材料、回填材料、防水材料，预制构件等备齐后，才能对基坑进行开挖。

4·2·2开挖前，根据涵洞轴线桩定出基坑开挖边线，并用石灰撒线，以便控制开挖尺寸，同时定出开挖深度。

4·2·3基坑开挖时，对地表干燥，地基良好的地段可在暖季施工；地表松软潮湿，含冰量大的地段宜在暖、寒季交替期施工；厚层地下冰、地表沼泽化、径流大的地段宜在寒季施工。

本涵洞处在高含冰量冻土区，开挖时间选在寒暖季交替期（4月初）开挖。

为减少基坑冻土暴露时间，防止雨水浸泡及阳光的直射，在基坑上必须搭设防雨遮阳棚，基坑顶四周设挡水埝，严禁地表水流入基坑。

4·2·4基坑开挖采用“基坑爆破成型，机械化快速开挖，人工清底”的方法。

开挖时不应欠挖，爆破作业采用松动爆破，边坡采用预裂爆破，炮眼采用电动螺旋钻机钻孔,炸药采用乳化炸药。

基坑开挖的冻土应及时清运至弃土场，基坑开挖至设计标高后，及时夯填30cm厚粗颗粒土（其中粉粘粒含量不超过12%）并找平基底，平铺一层5cm厚聚胺脂保温板，保温板之间预留1cm的缝隙采用TN-1多功能粘合剂粘合，粘合时施工温度应在18℃-30℃之间。

保温板上下应铺设10cm砂垫层。

保温板铺设及垫层施工完成后，继续换填粗颗粒土至基底设计标高处，换填的表面平整度及换填的密实度应满足施工规范要求。

4·3预制构件拼装

根据现场施工条件，合理确定待拼构件存放场地，吊车停放位置，复核基础中线、标高、平整度、检查涵基涵节尺寸、型号、编号、外观，标准应符合图纸设计要求，并用墨线弹出涵基的中心线及涵节上下壁的中心线，提前凿毛拼装接缝处砼，但不能损坏涵节，并按编好的涵基涵节拼装顺序拼装。

4·3·1基础砼预制构件拼装

基础预制块采用人工配合汽车吊移运，从入口端开始拼装成型，涵基水平竖直缝用砂浆座浆安放牢固，砂浆饱满密实，砂浆在施工时要添加负温早强耐久外加剂（DZ-3）。

拼装缝与涵节接缝错开，沉降缝填塞沥青浸制的木板，左右两侧及上部各预留10cm填塞浸沥青浸制麻筋，拼装完毕后，及时清理基础两侧及表面杂物，然后在基础块两侧壁涂1cm沥青渣油，减少切向冻胀力的作用，防水处理好后应尽对基础两侧进行对称分层填土夯实，填料采用防冻胀要求的粗颗粒土，沉降缝处两侧各宽5cm，以下20cm范围内暂不回填.。

4·3·2铺设M20水泥砂浆

拼装涵节前，先在已清洁干燥的基础表面预铺2cm厚M20干硬性水泥砂浆，用5cm厚槽钢控制水泥砂浆的厚度。

将槽钢焊在基础侧壁预埋φ16钢筋上，槽钢顶部高出基础顶面2cm，均匀铺设水泥砂浆，初平后，人工用5m铝合金直尺自基础一端沿长轴向两道槽钢水平滑移推平。

4·3·3涵节拼装前，检查基础标高，表面平整度，确保涵节安装无误，涵节如有断裂、掉角等现象，不予使用。

4·3·4沿基础长轴定出中心线，引至基础外2m处，埋设两根ф16钢筋，在基础短轴左右两侧面上方用墨线弹出涵节端及拼装缝的位置。

4·3·5吊装涵节

（1）吊车就位后，支座下垫设方木及木枕，以免下沉。

（2）吊装自基础端开始，人工将吊车钢丝绳挂在涵节预埋的四个吊环上，并在涵节上绑两根绳子，由两人控制涵节方向，避免涵节摇晃。

（3）在现场作业人员的指挥下，将涵节缓慢吊起，移至基础上方，在距基础50cm高度时，停止吊放作业。

人工用一根白线绳穿过涵管分别帮在基础长轴预埋的两根16的钢筋头上，在涵节的纵横位置分别派两个人进行指挥，涵节下落至基础时，涵节中心与基础纵向白线绳在同一条直线上，涵节两端分别与基础侧面上的画线位置重合。

涵节自入口端依次拼装成型，涵节与涵节之间要留1cm宽拼装缝，拼装过程中派人进入涵箱内，检查涵节底部平整度，发现涵节间有错台、返坡时，应重新吊起涵节对基础上砂浆找平层重新进行整平，整平后按上述操作方法将涵节恢复位置。

（4）涵节安装定位后，及时将其接缝位置连接钢筋进行焊接。

4·4翼墙施工

在涵洞涵身拼装施工完毕后，即开始出入口翼墙施工，翼墙内模采用1.8cm厚胶合板，其木质坚硬、表面光滑、硬度较强，能保证拆模后砼表面光滑、内实外美。

外模采用4cm厚木板，其作用保证模板整体刚度及稳定性，避免模板整体挠曲变形。

用70×100mm方木加设横竖肋，钢管支撑，支撑要稳固牢靠。

模板安装完毕后，对其轴线、高程进行检查，合格后，对称浇筑低温早强耐久砼，砼在拌和站集中拌制，搅拌车运至现场，汽车吊配吊斗入模，插入式振动器振捣。

砼入模温度控制在5℃左右，采用蓄热法养护，待砼达到设计强度的75%后方可拆除模板。

4·5沉降缝、防水层施工

4·5·1沉降缝与防水层所用沥青、麻布、麻丝和石棉粉等原材料均要符合设计及施工规范要求，沥青应严格选择软化点不低于50℃，针入度不低于30（1/10mm），延伸度不低于30cm的改性沥青。

4·5·2沥青与石棉沥青的熬制

（1）按配合比熬制沥青时所用的铁桶必须有盖，熬制处应位于工地下风方向，与工作人员、堆料应有一定距离。

熬制中不断搅拌至全部成为液态为止，熔化后的沥青熬至175℃（不得超过190℃）才能使用，熬好的热沥青盛在小铁桶中送至工点使用，使用时不得低于150℃，涂敷热沥青的污工表面应清除泥污，刷扫干净。

涂敷工作应在温暖（不低于5℃）的好天气进行，且圬工表面应干燥无水，如偶遇雨雪，应搭有遮雨蓬。

石棉沥青系以20%的石棉粉惨入80%的沥青中制成，在沥青熬化及不断搅拌中投入预先烘干并加热至100-150℃的石棉粉，共同加热至175℃即可使用。

每次熬制沥青，用微火温热的时间不得超过8h，如未用完需再用时，应与新熬的沥青混和使用，必要时应作性能检查。

4·5·3沥青麻布的制作

浸制沥青前，应先将麻布烘干除去水分，在热沥青（170℃左右）内浸渍约2-3min，浸制后的麻布的外面，应布暗、黑色、无孔眼、无破裂和绉叠，不应有未浸透的布层。

铺设沥青麻布应在先涂敷的热沥青或石棉沥青未凝固时进行，俾能粘合成一体。

4·5·4沉降缝施工

（1）涵节接缝和沉降缝施工前，应清除缝内杂物，涵身沉降缝和基础沉降缝竖直贯通，沉降缝端面应整齐、方正。

涵节之间的接缝要贯通涵身周边。

（2）沉降缝及涵节接缝外侧用改性沥青浸制麻筋填塞5cm，内侧用100号水泥砂浆（掺入DZ-3外加剂）填塞深15cm，涵节壁厚不足20cm时，应先保证沥青麻筋的厚度。

沥青麻筋和砂浆填塞要饱满密实。

4·5·5防水层施工

（1）先在圬工表面涂刷一道冷底子油（配合比可为：

沥青∶煤油或柴油=4∶6），再涂一层1cm厚的热沥青和一层石棉沥青，随后铺设50cm宽的沥青麻布，铺设沥青麻布应在先涂敷的石棉沥青未凝固时进行，俾能粘合成一体。

铺设时应从低处开始，沥青麻布的接头必须重叠，搭接宽度不得小于10cm，并顺水方向压盖。

铺设沥青麻布应铺压平展，不得有皱、折、空鼓现象。

4·5·6涵节勾缝应在涵节接缝、沉降缝及附属工程施工完毕，基础沉降稳定后施工，勾缝采用100号水泥砂浆（掺入DZ-3外加剂），平缝压槽处理，缝要上下宽窄一致，深约3-5mm。

6涵洞缺口填土

涵身沉降缝、防水层及翼墙施工完成后，应及时回填相邻路基缺口土方，涵身基顶以上与土接触部分回填粗颗粒土。

回填时从涵身两侧宽度不小于孔径两倍的范围内同时对称分层回填平板震动夯夯实，不允许使用大型机械压实，以防损坏新修涵身。

回填缺口时，应将已成路堤土方挖出台阶。

4·7附属工程施工

进行涵洞作业时，附属工程与主体工程同时兼顾。

在主体圬工完工后，立即对涵洞上下游出入口铺砌、锥坡浆砌进行施工。

4·7·1铺砌基坑开挖采用人工挖基，粗颗粒土夯填，基坑表面平整度达到要求后，其上铺设一层防水板，使其与基坑紧贴，中间无空隙及隆起。

铺设完毕后，随即填筑一层5cm厚砂垫层并拍实。

砼板块采用干砌法施工，砌筑时，底部应找平，板块间接缝应均匀，并塞填细砂，板块与基底垫层紧贴，中间无空隙或晃动，完工后板块表面应平整。

注意垂裙施工时，埋设深度一定要在冻土天然上限以下50cm-1m。

4·7·2锥砌采用75#砌浆，上下块石要相互错缝，内外搭接，石块间的空隙应用水泥砂浆填灌。

施工完毕后，应用棚布进行遮盖，以防暴晒及雨淋，影响水泥砂浆质量。

4·7·3附属工程完工后，及时疏通上下游沟槽，保证河道畅通。

5体会

青藏高原连续多年冻土区预制拼装式涵洞施工是前所未有的，资料表明：

由于青藏高原多年冻土特殊的地层及频繁地融沉冻胀作用，1975-1978年间铁道兵在风火山厚层底下冰修筑的试验涵洞，都出现不同程度的沉降变形。

我单位2001年9-10月北麓河试验段修建的9座涵洞，经过一个冻融循环的观测，亦发现各涵洞发生2-7cm不等的下沉，高温区高含冰量地段涵洞，涵内或出入口基础外端暖季均有外渗水，经专家分析，造成涵洞下沉变形的主要原因是：

冻结层上水渗透聚集至涵洞基底及四周造成融沉冻胀所致。

施工过程中，由于基底换填不密实，保温板自然压缩变形，也是造成完工后涵洞下沉的因素之一。

为此，要确保青藏铁路涵洞工程质量，除设计上增设必要的设施隔阻上游侧冻结层上水外，施工单位务必严格按设计及规范要求精心、快速连续施工，最大限度减少施工对涵基四周冻土的热扰动，一定要加强基底换填、防水层、沉降缝、基坑及涵背缺口等薄弱环节的工程质量。

同时，我们还应认真做好施工过程和工后的各种观测记录，为日后涵洞使用、维修提供依据。

参考文献：

1、《青藏铁路高原多年冻土区桥梁工程施工技术细则》（2002.5）

2、《铁路桥梁施工手册》