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1、桥涵基础的冻害与防治 公路桥涵地基与基础2022(包头市市政工程管理处，内蒙古 包头 014010)摘 要：文章结合北方寒冷季节性冻土地区的特点，分析 了桥涵基础的几种冻害现象及缘由，提出了有效防治冻害的方法。关键词：季节性冻土；冻害；防治中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：10176921(2022)06011902随着交通运输事业的快速发展，在我国北方寒冷季节性冻土地区修建了大量的桥涵工程。由 于工程技术人员在当时没有相识和驾驭季节性冻土的自然规律，以及未能相应实行防治冻胀 措施，致使很多桥涵基础出现冻害。表现为基础上抬、倾斜，造成桥梁起拱、涵洞断裂，甚 至失稳破坏。常见的“罗
2、锅”、“耍龙”便是桥涵冻害的典型特征。1 冻土的特点在含水的土壤中，当温度降低到0和0以下时，土壤冻结并伴随着冰体产生，同时由于冰 的胶结作用，使土壤抗外力的强度提高，这种土壤称为冻土。季节性冻土冬季冻结，夏季融 化。季节性冻土是从地表起先冻结，在季节性冻土地区修建的马路、桥梁、涵洞及其他人工 构 造物，常常由土的冻胀作用而造成各种不同程度的冻胀破坏。冻土是一种困难的多项、多成 分体系。在结构上呈毛细多孔状，整体上表现出非匀称性和各向异性。冻土内部存在固体、 液体、气体和塑性冰四相，这四种相态总是亲密地相互约束、相互联系。单种成分的土只有 在肯定条件下，即在肯定“容量”下才能存在。冻土的成分确
3、定了冻土的结构、物理力学性 质，并对冻结和溶化过程赐予确定性的影响。2 桥涵冻害及其缘由2.1 桩(柱)基础的冻害黑龙江省交通科学探讨所会同黑龙江省绥化地区交通局于11010年对黑河、绥化两个地区进行 了一次桥梁冻害调查，发觉有30余座，约一千延长米的钢筋混凝土桩梁式桥，发生不同程度 的冻胀现象，如：黑龙江省绥绥线成功桥，建于1966年，3孔跨径6m，上部为预制钢筋混凝 土宽板梁，下部为四柱式钢筋混凝土排架桩(d=40cm)入土深度6m。竣工后于翌年起先冻胀， 至11010年两排中墩均冻胀80cm,已无法正常通车。还有其他4例，均有不同程度的严峻冻胀， 钢筋混凝土桩的断面形式有圆形、方形；桩径
4、50101cm;入土深度613m；工艺有预制和现 浇等。最大冻胀量194cm，最大年平均冻胀量22.5cm。2.2 墩(台)基础的冻害2.2.1 墩(台)基础整体上抬，多年的冻胀变形累积，可使整个结构物破坏。2.2.2 墩台横向裂缝。墩台在较大切向冻胀力或水平冻胀力作用下，由于其强度不足，可 能会出现被拔断剪断现象，产生横向裂缝，使上部结构遭到破坏。2.2.3 桥台翼墙倾斜与断裂。由于台背填土冻胀力的作用，使许多整体式U型桥台的翼墙与 前墙连接处开裂。裂后的桥台一方面由于缝中积水结冰冻胀，另一方面由于台背填土的冻 胀，加速了裂缝的发展并逐年扩大，最终导致前墙与翼墙断裂，使桥台破坏。2.3 涵管
5、的冻害2.3.1 洞口端墙及八字翼墙圬工开裂；端墙开裂与管节脱离；端墙及八字墙向流水面倾斜 。2.3.2 管节错动。管身中间下沉，造成管中积水或淤积。管节接缝拉大，沥青麻絮止水脱 落。2.3.3 由于涵管冻胀变形不匀称以及混凝土收缩，混凝土与沥青麻絮不能在负温下共同工 作，使管接缝拉大而渗水。并将接缝处路基填土冲出，普遍引起不匀称沉陷，造成跳车。2.4 挡土墙的冻害2.4.1 挡土墙的整体倾斜。挡土墙在整体刚度和强度满意时，由于墙背填土水平冻力的作 用，往往发生整体倾斜，丢失正常运用条件，重者甚至倾倒。2.4.2 挡土墙断裂。由于挡土墙断面较小，在不允许发生变位时，则在受约束的部位产生 断裂。
6、2.4.3 挡土墙体不规则裂缝。浆砌片石(块石)的挡土墙，在冻胀力作用下常产生沿灰浆 缝方向不规则的裂缝，这是季节性冻土地区常常见到的挡土墙冻害现象。2.4.4 挡土墙整体上抬。当挡土墙有足够的刚度和强度时，在冻胀力作用下会产生整体上 抬。由于墙体每年的上抬量大于复原量，多年的往复作用积累，有可能使挡土墙失稳。3 桥涵基础冻害防治措施3.1 减小消退切向冻胀力3.1.1 换填砂。对于厚度最大冻深的冻胀性敏感土(如粘性土、粉砂等)，其下为透水砂或卵石；在整个 冻结过程中地下水位始终低于冻结锋面；夏季无冲刷，冬季无结冰的桥涵地基，可选用换填 中粗砂的方法处理基础冻害。但要严格限制换填材料质量，如粉
7、粘粒含量不得超过15等。 换填范围一般为0.51.0m，换填深度至最大冻深。3.1.2 换填碎(卵)石。用换填碎(卵)石处理桥涵基础冻害，它不受各种冻胀性敏感的土及其厚度限制，不受含水 量限制，不受地下水位限制(但不是承压水)，是一种应用范围较广，运用效果较好的方法 。换填范围和深度同换填中粗砂一样要求。3.1.3 换填沥青砂(卵石)。在强冻胀和特强冻胀地基中，桥涵基础可用换填沥青砂(卵石)的方法防治冻害。由于沥青 是一种憎水物质，即在低温状态下也呈塑性状态，因此沥青砂(卵石)是一种较好的防冻性 材料。可用47的沥青(渣油)和干净的粗砂或卵石拌合匀称，然后分层回填并夯实(每 层2030cm)。
8、换填范围与深度同换填砂、碎(卵)石要求相同。3.1.4 保温措施。用各种保温材料，如雪、水、炉渣、锯沫、硬质泡沫塑料、浮石混凝土 等覆盖在基础表面，使之在基土中造成水平方向温度梯度，从而减小冻深，以达到减轻或防 治冻害的目的。3.1.5 化学方法。用压力灌浆方法，把一些化学药品，如水玻璃、络木素等注入地基土 的孔隙中，产生化学反应，土因化将毛细管堵死，使冻结时水分不能再迁移，因化的土体含 水量特别小，因此不能冻胀。3.2 减小或消退水平冻胀力措施减小或消退水平冻胀力可以从两个方面入手：减小墙背填土的冻胀性；采纳变形性大的 支挡结构形式。3.3 减小或消退冻结力3.3.1 设沥青隔离层。在桥涵基
9、础侧表面涂敷沥青(渣油)会大大减小基侧和冻土间的 冻结力。因此，能防治基础冻胀。3.3.2 油毡纸包桩。在桩基最大冻深范围内周侧匀称涂上黄油(或润滑油)，然后缠裹油毡 纸(二毡二油或三毡三油)，使桩侧和冻土分别，以减小或消退二者之间的冻结力，达到减 小或消退切向冻胀力的目的。3.3.3 单层套管。在桩周外面套上一个用铁板制成的具有肯定刚度的圆筒，筒与桩侧留有 肯定间隙，其内注入工业凡士林油或黄油，并将上下两端堵住，以防止油被挤出。套管底部 焊一个刚度很大的底脚，并嵌固在暖土中。也可把套筒作成二个半圆形，用螺栓拼装。3.3.4 双层油套管。双层油套管是在油包桩、单层套管基础上，提出的一种使桩基与
10、冻土 隔离，长期行之有效的防治桩基冻胀的措施。它可以用在处理已冻拔桩基上。3.4 结构措施 实行结构措施，削减或防治基础冻胀，可从三个方面入手：增大结构物本身的强度和刚度 ，增加反抗冻胀破坏的实力；允许结构物肯定变形，适应基土冻胀；使结构形式利于增 加锚固力减小冻胀力。总之，通过对桥涵基础的冻害进行早期的防治，能够杜绝桥梁的平安隐患，保证桥梁正常运 行，爱护人民生命和财产的平安。参考文献1 田德廷，戴惠民道路桥梁冻害及其防治M.北京：人民交通出版社，11017 . 第7页 共7页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页第 7 页 共 7 页