桥涵基础的冻害与防治

1、桥涵基础的冻害与防治(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原因，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：1007 6921 (xx)06011902随着交通运输事业的迅速发展，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 没有认识和掌握季节性冻土的自然规律，以及未能相应采取 防治冻胀措施，致使许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“罗锅”、“耍龙

2、”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°c和0°c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开始冻结，在季节性冻 土地区修建的公路' 桥梁、涵洞及其他人工构造物，经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 复杂的多项、多成分体系。在结构上呈毛细多孔状，整体上 表现出非均匀性和各向异性。冻土内部存在固体、液体' 气 体和塑性冰四相，这四种相态总是密切地相互约束' 相互联 系。单种成分的土只有在一定条

3、件下，即在一定“容量”下 才能存在。冻土的成分决定了冻土的结构、物理力学性质, 并对冻结和融化过程给予决定性的影响。2桥涵冻害及其原因2. 1桩（柱）基础的冻害nnnn黑龙江省交通科学研究所会同黑龙江省绥化地区交通nn局于1980年对黑河、绥化两个地区进行了一次桥梁冻害调 查，发现有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，女口：黑龙江省绥绥线胜利桥，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6mo竣工 后于翌年开始冻胀，至1980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

4、同程度的严重冻胀，钢筋 混凝土桩的断面形式有圆形、方形；桩径50100cm;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. 5cmo 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，使很多整体式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

5、缝的发展并逐年扩大，最后导致前墙与 翼墙断裂，使桥台破坏。2. 3涵管的冻害2. 3.1洞口端墙及八字翼墙垢工开裂；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均匀以及混凝土收缩，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，普遍引起不均匀沉陷，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 足时，由于墙背填土水平冻力的作用，往往发生整体倾斜,丧失正常运用条件，重者甚至倾倒。2. 4. 2挡土墙断裂。

6、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。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经常见到的挡土墙冻害现象。e2.4.4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 量大于恢复量，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减小消除切向冻胀力3.1.1换填砂。对于厚度w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

7、桥涵地基，可选用换填中粗砂的方法处理基础冻害。但要严 格控制换填材料质量，如粉粘粒含量不得超过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，使用效果较好的方法。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

8、（渣油）和干净的粗砂或卵石拌 合均匀，然后分层回填并夯实（每层2030cm）。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 体含水量非常小，因此不能冻胀。3. 2减小或消除水平冻胀力措施减小或消除水平冻胀力可以从两个方面入手：减小墙背填土的冻胀性

9、；采用变形性大的支挡结构形式。3. 3减小或消除冻结力3. 3. 1设沥青隔离层。在桥涵基础侧表面涂敷沥青（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均匀涂 上黄油（或润滑油），然后缠裹油毡纸（二毡二油或三毡三油）, 使桩侧和冻土分离，以减小或消除二者之间的冻结力，达到 减小或消除切向冻胀力的目的。3.3.3单层套管。在桩周外面套上一个用铁板制成的具有一定刚度的圆筒，筒与桩侧留有一定间隙，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结构措施采取结构措施，减少或防治基础冻胀，可从三个方面入 手：增大结构物本身的强度和刚度