橋涵基礎(chǔ)凍害的防治措施

1、橋涵基礎(chǔ)凍害的防治措施    【摘要】隨著交通事業(yè)的迅速發(fā)展，我省在寒冷季節(jié)性凍土地區(qū)修建了大量的橋涵工程。這些工程由于土的凍脹作用而造成各種不同程度的凍脹破壞。凍害造成的破壞產(chǎn)重影響了正常交通，給國家造成很大經(jīng)濟(jì)損失，為此，針對凍害現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)防治理就成為一補(bǔ)很重要的問題?；诖耍疚膶蚝A(chǔ)凍害的防治措施進(jìn)行了研究。 【關(guān)鍵詞】橋涵基礎(chǔ)凍害 防治措施 中圖分類號(hào)： S773.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 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 隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，在我國北方寒冷季節(jié)性凍土地區(qū)修建了大量的橋涵工程。由于工程

4、技術(shù)人員在當(dāng)時(shí)沒有認(rèn)識(shí)和掌握季節(jié)性凍土的自然規(guī)律，以及未能相應(yīng)采取防治凍脹措施，致使許多橋涵基礎(chǔ)出現(xiàn)凍害。表現(xiàn)為基礎(chǔ)上抬、傾斜，造成橋梁起拱、涵洞斷裂，甚至失穩(wěn)破壞。常見的“羅鍋”、“耍龍”便是橋涵凍害的典型特征。 一、凍土的特點(diǎn) 在含水的土壤中, 當(dāng)溫度降低到0和0以下時(shí)，土壤凍結(jié)并伴隨著冰體產(chǎn)生，同時(shí)由于冰的膠結(jié)作用，使土壤抗外力的強(qiáng)度提高，這種土壤稱為凍土。季節(jié)性凍土冬季凍結(jié)，夏季融化。季節(jié)性凍土是從地表開始凍結(jié)，在季節(jié)性凍土地區(qū)修建的公路、橋梁、涵洞及其他人工構(gòu)造物，經(jīng)常由土的凍脹作用而造成各種不同程度的凍脹破壞。凍土是一種復(fù)雜的多項(xiàng)、多成分體系。在結(jié)構(gòu)上呈毛細(xì)多孔狀，整體上表現(xiàn)出非均

5、勻性和各向異性。凍土內(nèi)部存在固體、液體、氣體和塑性冰四相，這四種相態(tài)總是密切地相互約束、相互聯(lián)系。單種成分的土只有在一定條件下，即在一定“容量”下才能存在。凍土的成分決定了凍土的結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)，并對凍結(jié)和融化過程給予決定性的影響。 橋涵基礎(chǔ)的凍害的原因 地基土由于自身凍結(jié)體積膨脹而對橋梁墩臺(tái)及基礎(chǔ)產(chǎn)生作用力，即凍脹力，正是凍脹力的作用致使上述凍害現(xiàn)象的發(fā)生。根據(jù)凍脹力對結(jié)構(gòu)的作用方向和結(jié)果不同，將其分為三類：切向凍脹力、水平凍脹力和法向凍脹力。 切向凍脹力垂直于凍結(jié)鋒面，平行于基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)的側(cè)面作用，對基礎(chǔ)產(chǎn)生上拔力，是對基礎(chǔ)影響最大的凍脹力。 水平凍脹力垂直作用于基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)的側(cè)面，對基礎(chǔ)或

6、結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平方向的擠壓作用或推力。對于實(shí)體結(jié)構(gòu)，水平凍脹力自相抵消，對結(jié)構(gòu)的影響很小。對空心結(jié)構(gòu)或單向作用有水平凍脹力的結(jié)構(gòu)，要考慮水平凍脹力的影響。 法向凍脹力垂直于凍結(jié)鋒面，直接作用于基礎(chǔ)的底面，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生上舉的力。法向凍脹力對基底置于凍結(jié)區(qū)的淺基礎(chǔ)影響較大，對基底置于凍結(jié)區(qū)以下的基礎(chǔ)無影響。 橋涵基礎(chǔ)凍害防治措施 1、改善土的凍脹性 土的凍脹性是影響凍脹力的重要因素，為此改善土的凍脹性是減小或消除凍脹力的重要手段之一，主要方法是改善土質(zhì)、減少負(fù)溫度和水的影響。 （1）換填土 換填砂。對于厚度小于最大凍深的凍脹性敏感土( 如粘性土、粉砂等) ，其下為透水砂或卵石；在整個(gè)凍結(jié)過程中地下水位始

7、終低于凍結(jié)鋒面；夏季無沖刷，冬季無結(jié)冰的橋涵地基，可選用換填中粗砂的方法處理基礎(chǔ)凍害。但要嚴(yán)格控制換填材料質(zhì)量，如粉粘粒含量不得超過15% 等， 換填深度至最大凍深。 換填碎( 卵) 石。用換填碎( 卵) 石處理橋涵基礎(chǔ)凍害，它不受各種凍脹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( 但不是承壓水)，是一種應(yīng)用范圍較廣，使用效果較好的一種方法。 換填瀝青砂( 卵) 石。在強(qiáng)凍脹和特強(qiáng)凍脹地基中，橋涵基礎(chǔ)可用換填瀝青砂( 卵) 石的方法防治凍害。由于瀝青是一種憎水物質(zhì)，即在低溫狀態(tài)下也成塑性狀態(tài)，因此瀝青砂( 卵) 石是一種較好的防凍性材料。 （2）物理化學(xué)法 減少或消除地基土的凍脹

8、性的物理化學(xué)方法很多，這里只介紹壓力灌漿法和憎水物質(zhì)改良土壤法。壓力灌漿法是把一些化學(xué)藥品，如水玻璃、絡(luò)木素等，注入地基土的孔隙中，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而將毛細(xì)管堵塞，使凍結(jié)時(shí)水分不能遷移。由于固化的土體含水量很小，因此凍結(jié)時(shí)不凍脹。目前這種材料比較少而且價(jià)格高，加之施工較困難，在短期內(nèi)還難以大量推廣。用憎水物質(zhì)對地基土改良系指在土中摻上少量憎水物質(zhì)，使土顆粒表面產(chǎn)生良好的憎水性，起到阻礙地表水下滲和地下水上升，使土體內(nèi)的含水量減小，達(dá)到弱土體凍脹的目的。對于樁基周圍憎水土襯砌，通常布置在整個(gè)凍層范圍內(nèi)。 2、結(jié)構(gòu)法 季節(jié)性凍土地區(qū)橋涵的基礎(chǔ)型式很多，在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮如何提高承載力、節(jié)約原材料、降低工

9、程造價(jià)和方便施工等，而很少注意其抗凍拔能力。因而，造成許多橋涵基礎(chǔ)凍脹。針對這種情況，正確選擇橋函基礎(chǔ)凍脹。針對這種情況，正確選擇橋涵基礎(chǔ)型式和尺寸，做到既增加承載力，又保證凍拔穩(wěn)定就顯得特別重要。目前就結(jié)構(gòu)措施而言，可從三方面入手：一是增加橋涵基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度和剛度，以抵抗凍脹破壞的能力；二是允許橋涵基礎(chǔ)有一定限度的變形，以適應(yīng)基土的相應(yīng)凍脹；三是提高基礎(chǔ)的錨固力，減少基、土間的凍結(jié)力，以保證基礎(chǔ)整體穩(wěn)定。 （1）擴(kuò)底樁。擴(kuò)底樁是指樁下端一段長度擴(kuò)大，成為大頭樁。擴(kuò)底樁的擴(kuò)大方式主要有二種：一種是爆破擴(kuò)底；另一種是機(jī)械擴(kuò)底。設(shè)計(jì)者可根據(jù)機(jī)械設(shè)備、水文地質(zhì)和施工條件等綜合因素考慮選用。這種基礎(chǔ)形

10、式具有承載力大、抗凍性能好、施工較簡單和造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)。 （2）擴(kuò)大式基礎(chǔ)。擴(kuò)大式基礎(chǔ)主要包括大樁、變徑樁、階式基礎(chǔ)等，應(yīng)用比較廣泛，適宜各種條件，擴(kuò)大式基礎(chǔ)是相對減少其在凍層內(nèi)的側(cè)表面積，增大在暖土層的側(cè)表面積，使之減小總切向凍脹力對基礎(chǔ)作用的同時(shí)增加凍脹反力的作用，從而增強(qiáng)基礎(chǔ)抗凍拔穩(wěn)定性，達(dá)到防治凍脹的目的。 （3）合理錨長樁。合理錨長樁又稱經(jīng)濟(jì)錨長樁。它基于正確取用切向凍脹力值和錨固力值(包括作用于單樁上的恒載、樁身自重和暖土層對樁周的摩阻力)，使其入土深度經(jīng)濟(jì)合理，達(dá)到既滿足承載又滿足抗凍拔的要求。否則，因入土深度不夠造成樁基凍脹或下沉，導(dǎo)致橋涵破壞，損失嚴(yán)重；或因入土深度超長，雖不

11、出現(xiàn)上述破壞現(xiàn)象，但造成很大浪費(fèi)。 3、減少或消除凍結(jié)力 （1）瀝青隔離層 在橋涵基礎(chǔ)側(cè)表面涂敷瀝青(渣油)，會(huì)大大減小基側(cè)和凍土間的凍結(jié)力，從而降低凍土作用于基礎(chǔ)上的切向凍脹力。因此，能防治基礎(chǔ)凍脹。但一般瀝青粘結(jié)力低、易老化。 （2）油氈紙包樁 在樁基最大凍深范圍內(nèi)在樁周均勻涂上黃油(或潤滑油)，然后纏裹油氈紙( 二氈二油或三氈三油)，使樁側(cè)和凍土分離，以減少或消除二者之間的凍結(jié)力，達(dá)到減少或消除切向凍脹力的目的。但該法缺點(diǎn)是耐久性差。 （3）單層套管 在樁周外面套上一個(gè)用鐵板制成的具有一定剛度的圓筒，筒與樁側(cè)留有一定間隙，其內(nèi)注入工業(yè)凡士林油或黃油，并將上下兩端堵住，以防止油被擠出。套管底部焊一個(gè)剛度很大的底腳，并嵌固在暖土中。也可把套筒作成二個(gè)半圓形，用螺栓拼裝。 總結(jié) 以上各種方法在防治凍害方面均有良好效果，但也有其局限性，因此，今后的工作中，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，選擇適合于本工程的防凍措施和方法，以期達(dá)到最佳的防凍效果。 參考文獻(xiàn) 1 趙賀剛，向召雪。 凍土地區(qū)橋涵基礎(chǔ)的凍害與防治J. 黑龍江交通科技. 2003(09) 2 婁魁梧，張立東。 淺談季凍區(qū)橋涵基礎(chǔ)的凍害與防治J. 黑龍江交通科技. 2005(01)