桥涵基础冻害的防治措施

1、桥涵基础冻害的防治措施    【摘要】随着交通事业的迅速发展，我省在寒冷季节性冻土地区修建了大量的桥涵工程。这些工程由于土的冻胀作用而造成各种不同程度的冻胀破坏。冻害造成的破坏产重影响了正常交通，给国家造成很大经济损失，为此，针对冻害现象进行预防治理就成为一补很重要的问题。基于此，本文对桥涵基础冻害的防治措施进行了研究。 【关键词】桥涵基础冻害 防治措施 中图分类号： S773.4文献标识码：A 文章编号： Abstract:With the rapid development of traffic cause, seasonal frozen soil

2、 in cold area in our province to build a large number of bridge engineering. The project due to the effect of frost heaving of the soil and cause various degrees of frost heaving damage. Cold damage in birth weight affect the normal traffic, to the state caused great economic loss, therefore, agains

3、t frost damage phenomenon to prevent governance has become an important issue. Based on this, this paper studied the bridge culvert base frost damage prevention and control measures. Keywords:Bridge foundation ;Frost damage ;Prevention and control measures 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

4、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”便是桥涵冻害的典型特征。 一、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

5、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。 桥涵基础的冻害的原因 地基土由于自身冻结体积膨胀而对桥梁墩台及基础产生作用力，即冻胀力，正是冻胀力的作用致使上述冻害现象的发生。根据冻胀力对结构的作用方向和结果不同，将其分为三类：切向冻胀力、水平冻胀力和法向冻胀力。 切向冻胀力垂直于冻结锋面，平行于基础或结构的侧面作用，对基础产生上拔力，是对基础影响最大的冻胀力。 水平冻胀力垂直作用于基础或结构的侧面，对基础或

6、结构产生水平方向的挤压作用或推力。对于实体结构，水平冻胀力自相抵消，对结构的影响很小。对空心结构或单向作用有水平冻胀力的结构，要考虑水平冻胀力的影响。 法向冻胀力垂直于冻结锋面，直接作用于基础的底面，对结构产生上举的力。法向冻胀力对基底置于冻结区的浅基础影响较大，对基底置于冻结区以下的基础无影响。 桥涵基础冻害防治措施 1、改善土的冻胀性 土的冻胀性是影响冻胀力的重要因素，为此改善土的冻胀性是减小或消除冻胀力的重要手段之一，主要方法是改善土质、减少负温度和水的影响。 （1）换填土 换填砂。对于厚度小于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

7、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。但要严格控制换填材料质量，如粉粘粒含量不得超过15% 等， 换填深度至最大冻深。 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，使用效果较好的一种方法。 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，即在低温状态下也成塑性状态，因此沥青砂( 卵) 石是一种较好的防冻性材料。 （2）物理化学法 减少或消除地基土的冻胀

8、性的物理化学方法很多，这里只介绍压力灌浆法和憎水物质改良土壤法。压力灌浆法是把一些化学药品，如水玻璃、络木素等，注入地基土的孔隙中，产生化学反应而将毛细管堵塞，使冻结时水分不能迁移。由于固化的土体含水量很小，因此冻结时不冻胀。目前这种材料比较少而且价格高，加之施工较困难，在短期内还难以大量推广。用憎水物质对地基土改良系指在土中掺上少量憎水物质，使土颗粒表面产生良好的憎水性，起到阻碍地表水下渗和地下水上升，使土体内的含水量减小，达到弱土体冻胀的目的。对于桩基周围憎水土衬砌，通常布置在整个冻层范围内。 2、结构法 季节性冻土地区桥涵的基础型式很多，在设计时主要考虑如何提高承载力、节约原材料、降低工

9、程造价和方便施工等，而很少注意其抗冻拔能力。因而，造成许多桥涵基础冻胀。针对这种情况，正确选择桥函基础冻胀。针对这种情况，正确选择桥涵基础型式和尺寸，做到既增加承载力，又保证冻拔稳定就显得特别重要。目前就结构措施而言，可从三方面入手：一是增加桥涵基础本身的强度和刚度，以抵抗冻胀破坏的能力；二是允许桥涵基础有一定限度的变形，以适应基土的相应冻胀；三是提高基础的锚固力，减少基、土间的冻结力，以保证基础整体稳定。 （1）扩底桩。扩底桩是指桩下端一段长度扩大，成为大头桩。扩底桩的扩大方式主要有二种：一种是爆破扩底；另一种是机械扩底。设计者可根据机械设备、水文地质和施工条件等综合因素考虑选用。这种基础形

10、式具有承载力大、抗冻性能好、施工较简单和造价较低等优点。 （2）扩大式基础。扩大式基础主要包括大桩、变径桩、阶式基础等，应用比较广泛，适宜各种条件，扩大式基础是相对减少其在冻层内的侧表面积，增大在暖土层的侧表面积，使之减小总切向冻胀力对基础作用的同时增加冻胀反力的作用，从而增强基础抗冻拔稳定性，达到防治冻胀的目的。 （3）合理锚长桩。合理锚长桩又称经济锚长桩。它基于正确取用切向冻胀力值和锚固力值(包括作用于单桩上的恒载、桩身自重和暖土层对桩周的摩阻力)，使其入土深度经济合理，达到既满足承载又满足抗冻拔的要求。否则，因入土深度不够造成桩基冻胀或下沉，导致桥涵破坏，损失严重；或因入土深度超长，虽不

11、出现上述破坏现象，但造成很大浪费。 3、减少或消除冻结力 （1）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，从而降低冻土作用于基础上的切向冻胀力。因此，能防治基础冻胀。但一般沥青粘结力低、易老化。 （2）油毡纸包桩 在桩基最大冻深范围内在桩周均匀涂上黄油(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，以减少或消除二者之间的冻结力，达到减少或消除切向冻胀力的目的。但该法缺点是耐久性差。 （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。 总结 以上各种方法在防治冻害方面均有良好效果，但也有其局限性，因此，今后的工作中，应根据工程的具体情况，选择适合于本工程的防冻措施和方法，以期达到最佳的防冻效果。 参考文献 1 赵贺刚，向召雪。 冻土地区桥涵基础的冻害与防治J. 黑龙江交通科技. 2003(09) 2 娄魁梧，张立东。 浅谈季冻区桥涵基础的冻害与防治J. 黑龙江交通科技. 2005(01)