桥涵基础冻害的防治措施

桥涵基础冻害的防治措施

马嘉优

哈尔滨铁道职业技术学院 黑龙江哈尔滨 150000

摘要：随着我国的交通事业的发展，在我国各地区也大量的修建了桥涵工程，但是由于北方地区冬季的温度较低，土壤的膨胀、鼓起导致我国农村桥涵基础受冻害较为严重。桥涵基础遭受了冻害后使桥梁在不同程度上出现了损坏，这些损坏会严重地影响人们的出行，同时还会威胁到人们的生命财产安全。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：桥涵基础冻害；季节性冻土地区；防治措施；

前言：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。在北方寒冷季节性冻土地区修建桥涵工程,如不采取相应的防治冻胀措施,易出现桥涵基础的冻害。常见的“罗锅”、“耍龙”现象便是桥涵冻害的典型特征。严重地影响了正常交通,危害了人民生命和财产的安全,给国家造成经济损失。为防治其冻害,本文重点介绍一些防护措施。

1.冻害产生的原因

1.1冻胀力

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。它垂直于冻结锋面,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。它垂直于冻结锋面,_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。

1.2桥涵基础受冻膨胀

桥涵基础受冻导致的膨胀是在季节性冻土上桥涵基础出现骨气的主要原因。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。在土壤结冻后除了土壤中原来含有的水分在结冰后导致土壤膨胀之外，导致土壤膨胀的原因就是水分向受冻面迁移。在土壤冻结后，土壤受冻膨胀产生的冻胀力越大就会使土壤冻结所产生的切线冻胀力越大，这些力最终作用于桥涵基础上，导致桥涵基础整体向上移动。但是在膨胀过程中因为基础所在的土地的膨胀特性并不完全相同，所以产生不均匀冻胀现象，导致桥涵基础的不均匀抬升。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。桥涵基础在气温零下后会出现冻胀现象，一旦桥涵基础所处的土壤含水量较高，在气温回升之后冻土融化，会导致桥涵基础产生沉降。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。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。挡土墙体不规则裂缝。桥涵基础一旦因为冻胀而出现的拔起现象，就很难被制止了。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。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。因为桥涵基础在被拔起后很难能恢复到原来的位置，桥涵基础埋入土壤中的部分不断的减少，拔起现象将逐年的加剧，最终将会导致桥涵建筑因为失去支撑而产生坍塌的现象。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。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。

2.桥涵基础冻害防治措施

土的冻胀特性是影响冻胀力的重要因素。改善土的冻胀特性是减小或消除冻胀力的重要手段之一。主要方法是改善土壤质量，减少负温、负水的影响。（1）换填砂。对于厚度小于或等于最大冻结深度的冻胀土（如粘性土、粉砂等），其下面的土为透水土（砂或砾石）。在整个冻结过程中，地下水始终低于冻结锋。夏季无侵蚀，冬季无冰冻锋；夏季无冲刷，冬季不结冰的桥涵基础可通过改变中粗砂来控制。但更换材料的质量应严格控制，如粉末含量不得超过15%。置换范围一般为0.5~1.0米，充填深度至最大冻结深度。（2）更换砾石。碎石桩处理桥梁涵洞冻害是一种应用广泛、效果良好的方法，不受冻胀敏感土及其厚度、含水率和地下水位的限制。（3）更换沥青砂。沥青是一种疏水性物质，在低温下仍处于塑性状态。因此，掺砂沥青具有良好的防冻性能，是一种良好的防冻材料。在强冻胀土中，采用沥青砂（沥青卵石）防止桥涵基础冻胀，效果良好。采用雪、水、矿渣、锯末、硬质泡沫塑料、浮石混凝土等各种保温材料覆盖地基表面，使地基土产生水平温度梯度，从而降低冻结深度，减少或防止冻害。硬质泡沫导热系数低，保温效果好，强度高，抗渗性好。国外如加拿大、美国、瑞典等国家用刚性泡沫铺路的基础，作为保温防冻地基。挡土墙背侧排水后，水平冻胀力明显减小。当土壤中的地下水位较高时，通过压力注浆法将一些化学物质（如水玻璃和木质素）注入地基土的孔隙中，产生化学反应，从而阻止毛细管并阻止水在冻结过程中移动。沥青在桥涵基础面上的应用将大大降低地基与冻土之间的冻胀力，从而减少冻土作用于地基上的切向冻胀力。但普通沥青附着力低，易老化。为了减少或消除桩侧与冻土之间的冻结力，将最大冻结深度下的桩基的圆形测量均匀地涂上黄油，然后用油毡纸包裹，以减少或消除桩侧和冻土之间的冻结力。但这种方法的缺点是耐久性差。桩外侧设置有一定刚度的铁板圆柱体。圆柱体和桩侧之间有一定的间隙。缸内注入工业石油油或黄油，上下两端封堵，防止油被挤出。在机壳底部，焊接一只刚度很大的脚，并将其固定在温暖的土壤中。套筒也可以做成两个半圆，用螺栓装配。冻土在冻结深度不与桩壁接触，而是与护筒冻结，护筒与桩表面分离。套管侧壁冻结时，桩基不受力。当冻土融化下沉时，位于套管底部的复位板将承受土壤向下的固结压力，使套管基本恢复原位，达到长期使用的目的。双油套管采用4mm钢板焊接而成，由两层套管组成。采取措施减少或防止地基冻胀的方法有三种：一是增加结构本身的强度和刚度，增强抗冻胀能力；二是允许结构产生一定的变形，以适应地基土的冻胀；扩底桩是指扩底桩的长度。膨胀方式主要有两种：一种是爆破底部膨胀；一种是机械底部膨胀。具有施工简单、造价低、承载力大、抗冻性好等优点。减小桩径是减小总切向冻胀力对桩基影响的途径之一。另一方面，增加冻胀反作用力对桩基础的抗冻胀作用，从而达到桩基防冻胀的目的。合理的锚固桩是正确利用冻胀力和锚固力，使桩基础土层深度恰到好处。它是公路桥梁桩的一种常见形式，由于缺乏锚固长度，导致桥梁冻胀破坏和严重损失。锚定长度过长也是一种浪费。

3.结语

本文针对于我国北方桥涵基础冻害产生的原因进行分析，我们可以知道冻害的产生对于桥涵建筑的损伤问题的严重性。通过实践证明: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]宋文燕,李克松.南疆铁路某路段路基冻害及防治措施研究[J].西部资源,2017(06):92-93.

[2]程伟.农村桥涵基础冻害的防治措施浅析[J].农民致富之友,2016(21):47.