1）高温冻土区桩基施工原则

高温冻土区桩基施工流程如图5—19所示，主要包含以下内容：

①多年冻土环境是极其脆弱的，一经扰动、破坏，难以恢复。工程施工中的环境保护应体现“预防为主，保护优先，建设与保护并重，快速施工”的原则。施工前，施工单位应严格按照设计文件要求组织施工，建立合格的质量管理体系，对职工进行高原多年冻土区冻土工程性质、施工技术特点和冻土环境保护要求、卫生保障等基本知识培训，严格按照设计要求完成公路工程和冻土环境保护工程的施工。

②施工时应遵守国家环境保护法律、法规、条例，采取有效措施，保护好多年冻土环境。

③施工前应对高速公路工程的各分部工程施工进行统筹安排，合理部署施工力量，正确选用施工方法、适宜的施工季节和时段，编制好施工组织设计。桩基础施工的最佳季节是寒末暖初，也就是4—6月份，这个季节外界气温低，对冻土影响小，容易保证桩孔的稳定。

④施工中，应尽量减少大临工程用地量，限制施工人员活动范围。施工场地、施工营地、施工便道及取弃土场应严格按设计要求布置，不得随意变更位置和扩大范围。在施工结束后，应根据设计要求进行必要的环境恢复。

图5—19　高原多年冻土区钻孔灌注桩施工工艺流程图

⑤灌注混凝土应采用低温、早强、耐久混凝土，严格控制混凝土的入模温度，最大限度降低混凝土水化热对冻土的扰动，确保混凝土的质量。

⑥桩基成孔时应采用旋挖钻机干法成孔。干法成孔可以避免湿法成孔泥浆带入热量对冻土的扰动，大大缩短了桩基回冻时间，确保了工程质量。

⑦对于基础采用保持冻结原则进行设计的桥梁，其桩基设计承载力只能在地温场恢复到新的平衡、冻结力形成后才能完全达到。由此可见，对于采用保持冻结设计原则、桩基设计承载力中考虑了桩周冻结力的桥梁桩基工程，在施工过程中进行桩周地温监测、了解桩周土回冻情况，可以为判断桩基承载能力是否达到设计要求提供一定的依据。

2）钻机技术要求与钻孔质量控制

（1）钻机技术要求

由于冻土地基的温度状况直接影响基础的承载力，冻土地基经施工扰动后回冻过程的快慢决定了墩台和上部工程的施工进度安排。因此，高原冻土地区灌注桩施工应选择钻孔施工过程带入热量小、对多年冻土热扰动小的钻机类型。另外，高原气候恶劣，工作环境差，施工事宜时间短，因此在大型工程施工中，应选择工作效率高、劳动强度低的钻机类型。在高原冻土区进行钻孔灌注桩施工常用的钻机类型有冲击钻机和旋挖钻机两种。

①冲击钻机成孔。冲击式钻机能在各种冻土条件、岩性及地下水条件下钻孔，但钻孔进度较慢，施工导入的热量较多，对冻土的扰动大；且成孔不规则，孔径误差较大，成孔过程中应采取必要的防坍孔措施。另外，由于成孔不规则，混凝土灌入量相应增大，造成不必要的浪费。研究表明，设计尺寸相同的桩基用冲击钻机成孔比用旋挖钻机成孔多浇筑10%～15%的混凝土。

②旋挖钻机成孔。旋挖钻机施工成孔进尺快，孔壁规则光顺，定位准确，可以实施干钻法成孔，能够大幅度减小对冻土地基热扰动，有利于实现保护多年冻土的设计原则，并且可以有效减少孔壁坍塌现象。

旋挖钻进施工工艺的特点和优势技术还在于：旋挖钻机自带动力（内燃）和走行装置。配有旋挖筒钻和短螺旋钻头、短螺旋嵌岩钻头、筒式嵌岩钻头等四种钻头。短螺旋嵌岩钻头、筒式嵌岩钻头用于岩层中钻进，其他两种钻头用于一般地层中钻进和清底，四种钻头均可提渣。由于钻进过程中一般不需要泥浆护壁，也不需要另配出渣工具，具有占地面积小、移动灵活、钻进速度快、环境污染小、对冻土扰动小等优点。

在高原冻土区桥梁桩基础钻孔灌注桩施工时，首选旋挖钻机成孔，并尽量采用干钻法，以最大限度地减少对冻土的热扰动，并迅速恢复地基温度，迅速形成冻结力，及早进行接续工序。目前，工程中基本采用了旋挖钻机施工，收到了良好效果。

（2）钻孔质量控制

①施工准备。

A.熟悉资料：熟悉设计图纸，了解地质条件及地层岩性的分布情况，以及多年冻土类型和冻土上限。

B.场地平整：钻机作业场地及行走道路以填方为主，尽量避免挖方，减少对原地面开挖引起的热扰动。一般在原地面上填筑50 cm的粗粒土。在钻机底座下的发动机散热部位铺设聚苯乙烯保温板，以减少对地基土的热侵入。施工水中基础时，采取筑岛围堰。

C.测量放样：遵循“由整体到局部的原则”，先放出墩台位，再由墩台位放出桩位。桩位放样时，纵横向误差不大于5 mm，并在桩的前后距中心2 m处分别设置临时护桩，以便随时可检查桩位和标高。

D.护筒加工及埋设：护筒直径宜大于孔径（20 cm），护筒除可保护孔口、使钻孔作业正常进行外，还是降低冻土对桩基础冻拔力的重要措施。将护筒埋入冻土上限以下不小于0.5 m，并于护筒外涂1 cm厚的沥青渣油，减少护筒外表面的亲水程度，降低冻土对桩基础的上拔力。

用比护筒稍大的旋挖钻头钻至冻土上限以下0.5 cm深度后安放护筒。护筒外侧事先涂满渣油。护筒准确就位后，护筒外侧空隙用渣油拌制的粗颗粒土回填密实。护筒埋设平面误差不大于5 cm，上下竖直误差不大于1%护筒长度。在地质条件较差或地表水较大、易塌孔的情况下，可以采取以下方法处理：先做一个更大的护筒（比桩径大50～60 cm），采用≥8 mm的钢板卷制，用震动打桩锤打桩沉入。该护筒起常规的保护孔口稳定的作用。必要时钢护筒不断跟进，以保证钻孔成型。待钻孔完成后，再插入外表面涂渣油的防冻胀内护筒。

②成孔施工。

A.钻孔前，纵横调平钻机，保持钻机垂直稳固、位置准确，防止因钻杆晃动引起扩大孔径。(www.daowen.com)

B.钻机调整好后，将钻头着地，进尺深度调整为零。

C.钻进时原地顺时针旋转开孔，然后以钻机自重加以液压作为钻进压力，初入孔时，下压力控制在80～90 kPa。

D.初钻入冻土时采取不给进量钻进，在钻进岩层时，提高下压力，控制在100～150 kPa，钻到坚硬岩层旋挖钻斗无法钻进时，换用短螺旋嵌岩钻头破岩，利用旋挖筒钻出渣。

E.当钻斗被旋转挤满钻渣后，停止下压及回旋，逆时针方向转动动力头，稍向下送行，关闭钻头回转底盖。上提钻斗时缓慢进行，防止提速过快，钻头碰撞孔壁。提离孔口后，钻机自身旋转至翻车斗处，用动力顶压顶杆，将底盖打开，倾卸钻渣。然后关闭底盖，旋回孔位，对准孔位慢慢将钻斗放至孔底，继续钻进。

F.钻进到设计深度时，及时检查孔深及沉渣厚度，当沉渣厚度大于规范允许厚度时，及时清孔。清孔时将钻斗放至孔底，顺时针旋转将虚渣清除。清孔后再次进行孔深、孔位及垂直度检测，合格后转入下道工序。清孔前对设置内护筒的范围（约5 m）进行扩孔，孔径扩大10 cm。

G.当孔深距设计标高差0.5 m左右时，就应将钢筋笼、导管及其他机具、材料等准备就绪，以避免因等待机具、材料而造成不必要的时间浪费。

H.钻孔过程中，及时填写钻进记录，绘制地质剖面图，并在现场配备木制渣样盒，收集渣样，验证与设计是否相符。

I.钻机挖出的钻渣由自卸汽车运至设计指定弃土场集中处理。

（3）桩身制作方法

①桩身钢筋制作。为便于钢筋笼运输，钢筋加工棚顺桥纵向设置。钢筋笼在钢筋棚内加工成型，在现场整体吊装，以减少桩孔的停滞时间。

A.雨天、雪天及大风天气不得在现场进行施焊。施工中在现场搭建钢筋笼集中加工，既保证了钢筋笼加工质量，又提高了施工效率。

B.钢筋笼制作均采用整体制作。钢筋焊接时，主筋内缘应光滑，钢筋接头不得侵入主筋净空内。钢筋笼下端应整齐，用加强箍筋全部封住不露头，使混凝土导管能顺利升降，防止与钢筋笼卡挂。

C.钢筋笼加工完成后，采用小型龙门吊将钢筋笼整体吊装至专制运输车上，或采用滚动法将钢筋笼滚至低处的专制运输车上，外侧绑φ48钢管固定。拖运采用拖拉机或其他小型车辆牵引。

D.桩基成孔后，要对桩孔的孔深、孔径、孔壁、垂直度等进行检查，合格后尽快吊装钢筋笼，减少桩孔的闭置时间。

E.钢筋笼吊装采用16 t吊车吊装入孔。吊装前在钢筋笼上、下端及中部每隔2～4 m，于同一截面上对称设置四个钢筋“耳环”，确保钢筋笼与孔壁保持设计保护层厚度。吊装钢筋笼时，整体吊装入孔，主筋与加强筋必须全部焊接。吊放钢筋骨架入孔时，下落速度要均匀，切勿撞击孔壁。钢筋笼入孔后，牢固定位。当吊装20 m以下钢筋笼时，钢筋笼吊点一般设在总长度上部的1/3处；当吊装20 m以上钢筋笼时，宜采用两吊点吊装，第一吊点设在骨架的下部，第二吊点设在骨架长度的中点到上三分之一点之间。起吊前应在骨架内部临时绑扎钢管，以加强其刚度。起吊时先提升第一吊点，使骨架稍提起，再与第二吊点同时起吊，随着第二吊点不断上升，慢慢放松第一吊点，直到骨架同地面垂直，停止起吊，解除第一吊点，检查骨架是否顺直，如有弯曲应整直。当骨架进入孔口后，应将其扶正并徐徐下降，严禁摆动碰撞孔壁。当骨架第二吊点下降到孔口附近时，用钢管穿过加劲箍的下部，将骨架临时支撑于孔口，将吊钩移至骨架上端，取出临时支撑，继续下降，直到吊装完成，松开钢筋笼骨架的吊点，测量钢筋骨架的标高是否与设计标高相符，偏差不得大于±5 cm，同时利用护桩检查钢筋笼的中心。

F.钢筋笼吊装后，利用吊车试设内护筒。就位后，对内护筒标高、轴线偏位及垂直度进行检查，合格后用短钢筋将内护筒和外护筒焊接相连，并在主筋上接长四根钢筋环焊接到内护筒上，起到固定作用，然后进入下道工序。

②灌注桩身混凝土拌制、运输和灌注技术。对于采取保持冻土地基冻结状态原则设计的地基，暖季灌注桩混凝土拌制应采取措施减少混凝土灌入钻孔中时携带过多的热量。为此，可以采取以下措施控制混凝土入模温度：将砂子和碎石储存在遮阳棚内；采用井水，随用随取；安排清晨或夜间时段施工。

A.寒季灌注桩混凝土拌制为防止混凝土受冻，应采取以下加热措施：采用锅炉加热拌和用水；搭设暖棚，在棚内采用暖风机预热砂石料；水泥使用前在库内预热；安排白天10时至16时时段施工。

B.远距离运输混凝土应采用混凝土搅拌罐车。运输途中以2～4 r/min的转速转动，卸料前以常速再次搅拌。当气候寒冷时，在混凝土罐车设保温罩，以减少混凝土在运输过程中的热量损失。

C.灌注桩混凝土灌注应遵循以下原则：

a.桩基成孔和钢筋笼吊装验收后，尽快进行混凝土灌注，减少成孔的闲置时间。

b.混凝土入模温度应控制在2～10℃范围内。

c.混凝土坍落度应控制在18～22 cm；采用导管法灌注混凝土，以防止混凝土离析，并确保混凝土密实度。

d.灌注混凝土时要对混凝土面的位置随时测量，保证导管埋入混凝土的深度为2～4 m；混凝土灌注需连续进行，不得中断。

e.为确保桩头混凝土质量，桩顶混凝土超灌厚度不小于0.5 m。

在寒季施工时，混凝土灌注后应采用棉被覆盖桩顶，以防混凝土受冻。根据桩基础混凝土强度增长和地基土回冻规律确定上部结构施工进度安排。