馬海峰

摘 要：文章結(jié)合北方寒冷季節(jié)性凍土地區(qū)的特征，分析了橋梁涵洞凍害現(xiàn)象及原因，提出了有效防治凍害防治措施。

關(guān)鍵詞：凍害特征；破壞原因；防治措施

1、橋梁涵洞的凍害特征

1.1 洞身的凍脹隆起和融化下沉

涵洞一般順?biāo)鞣较蜉^長(zhǎng)，通常由數(shù)節(jié)管組成，當(dāng)涵洞基礎(chǔ)較淺時(shí)，冬季各管節(jié)將由于凍脹作用產(chǎn)生不均勻的隆起，進(jìn)出口管節(jié)凍脹隆起高度較大，愈往中間隆起高度愈小，使整體涵洞明顯呈凹曲型。在融化期，凍脹力消失，涵洞又開(kāi)始產(chǎn)生融化下沉。季節(jié)凍土地區(qū)涵洞的凍脹隆起和融化下沉變化大體與上述過(guò)程相同，其不同特點(diǎn)主要在于多年凍土地區(qū)涵洞的融化下沉有逐年加大的趨勢(shì)。

1.2 擋墻開(kāi)裂及涵洞管節(jié)錯(cuò)位和脫離

涵洞進(jìn)出口擋墻開(kāi)裂是最常見(jiàn)的凍害現(xiàn)象。進(jìn)出口管節(jié)凍脹上抬和融化下沉量一般大于中間管節(jié)，使靠近進(jìn)出口管節(jié)與中部管節(jié)接縫處產(chǎn)生錯(cuò)位；又由于凍脹和融沉的往復(fù)作用使各管節(jié)在接縫處脫離。管節(jié)在接縫處脫離和錯(cuò)位使止水破壞，在滲流或水流直接的淘刷下往往導(dǎo)致涵洞在短期內(nèi)被破壞。當(dāng)涵洞管節(jié)過(guò)長(zhǎng)或采用剛性接頭時(shí)，由于沿縱向不能適應(yīng)地基的凍脹或融沉變形，往往被折斷，產(chǎn)生環(huán)向裂縫。

2、橋梁涵洞的凍害破壞原因

涵洞的凍害破壞主要是由于涵洞進(jìn)出口及洞身中間部分的交換條件和上部荷載往往有很大差異，致使沿涵洞縱向產(chǎn)生不均勻凍脹或融沉變形。涵洞進(jìn)出口直接與外界進(jìn)行熱交換，冬季先凍結(jié)，地基的凍結(jié)深度和作用于底部的法向凍脹力都大于洞身中部，且一般涵洞進(jìn)出口管節(jié)上部填土厚度也小于洞身中間部分。由于上述條件，在凍脹期，涵洞進(jìn)出口管節(jié)先產(chǎn)生大于洞身中間管節(jié)的凍脹上臺(tái)；在融化期，進(jìn)出口地基先融化，進(jìn)出口管節(jié)先產(chǎn)生融化下沉。涵洞進(jìn)出口管節(jié)和洞身中將管節(jié)凍脹上臺(tái)和融化下沉在時(shí)間和數(shù)量上的差異，是導(dǎo)致涵洞管節(jié)接縫錯(cuò)位和脫離的主要原因。常見(jiàn)的涵洞進(jìn)出口擋墻開(kāi)裂，就是涵洞凍脹土上臺(tái)造成的結(jié)果。擋墻兩段插入渠提，中間部分被涵洞穿成缺口，當(dāng)涵洞進(jìn)出口管節(jié)凍脹上臺(tái)時(shí)，將直接作用于擋墻缺口上部，而擋墻兩端受土體約束，中間部分?jǐn)嗝嬗中。@是擋墻開(kāi)裂的主要原因。涵洞地基土的凍融作用，使管節(jié)接縫脫離、錯(cuò)位，擋墻開(kāi)裂，上述現(xiàn)象不能直接造成涵洞破壞，但可以為涵洞的滲漏和被淘刷毀壞創(chuàng)造條件，總的來(lái)說(shuō)橋墩傾斜原因分析如下：

1）由于受水流沖刷的影響，使橋墩靠近水邊的一側(cè)土體逐漸減少，橋墩除受切向凍脹力作用外，還將受到坡面上下兩側(cè)不均勻水平凍脹力的作用。

2）橋墩基礎(chǔ)混凝土尺寸小，自重小，再加上橋墩基礎(chǔ)埋深不夠，基礎(chǔ)底部位于凍結(jié)線之上，橋墩基礎(chǔ)周邊除受凍切力作用外，其底部還將受到法向凍脹力作用；橋面荷載、橋墩自重不足以抵抗凍脹力作用時(shí)，橋墩基礎(chǔ)便產(chǎn)生凍脹上抬。

3）由于橋墩基礎(chǔ)兩側(cè)含水量條件不同，左側(cè)橋墩接近過(guò)水部分地基土壤含水量大，作用于基礎(chǔ)左側(cè)的水平凍脹力和切向凍脹力大于右側(cè)，在兩側(cè)不平衡力作用下使墩基礎(chǔ)向右傾斜。

3、橋梁涵洞凍害破壞的防治措施

涵洞的凍害可以通過(guò)改變地基土的凍脹條件或采取結(jié)構(gòu)措施來(lái)防治，一般選用以下五種防治措施。

3.1 換填措施

換填砂。對(duì)于厚度≤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(guò)程中地下水位始終低于凍結(jié)鋒面；夏季無(wú)沖刷，冬季無(wú)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(guò)15 等。換填范圍一般為0.5至1.0m，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，不受含水量限制，不受地下水位限制，是一種應(yīng)用范圍較廣，使用效果較好的方法。換填范圍和深度同換填中粗砂一樣要求；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)下也呈塑性狀態(tài)，因此瀝青砂（卵石）是一種較好的防凍性材料?？捎?至7 的瀝青（渣油）和干凈的粗砂或卵石拌合均勻，然后分層回填并夯實(shí)（每層20至30cm）。換填范圍與深度同換填砂、碎（卵）石要求相同。

3.2 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法有多種，一般常用的主要有人工鹽漬化改良土、用憎水物質(zhì)改良土和使土顆粒聚集或分散改良土三種方法。人工鹽漬化法是指向土體中加入一定量的可溶無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，如氯化鈉、氯化鈣、氯化鉀等，使之成為人工鹽漬土。用憎水性物質(zhì)使地基土改良方法，是指在土中摻少量憎水性物質(zhì)，使土顆粒表面具有良好憎水性，減弱或消除地表水下滲和阻止地下水上升，使土體的含水量減少，進(jìn)而削弱土體凍脹及地基土與建筑物間的凍結(jié)強(qiáng)度。通常用石油產(chǎn)品和其它化學(xué)表面活性劑摻到土中制作憎水土。為防治涵洞基礎(chǔ)在側(cè)表面切向凍脹力下上臺(tái)，可在其基礎(chǔ)側(cè)表面鋪設(shè)一定厚度的憎水土，其厚度一般在15cm至25cm。

3.3 保溫措施

保溫法是指在建筑物基礎(chǔ)底部或四周設(shè)置隔熱層，增大熱阻，以推遲地基土的凍結(jié)，提高土中溫度，減少凍結(jié)深度，進(jìn)而起到防治凍脹的一種方法。保溫法用來(lái)作為隔熱的材料是相當(dāng)多的，如柴草、草皮、樹(shù)皮、爐渣、陶塊、泡沫混凝土、玻璃纖維、聚苯乙烯泡沫等等，在某些條件下，甚至像冰、雪等亦可做為隔熱材料。例如聚苯乙烯泡沫做為隔熱層在水利工程基礎(chǔ)防凍脹中經(jīng)常被利用，據(jù)有關(guān)試驗(yàn)資料介紹，1cm厚的泡沫塑料保溫層相當(dāng)于14 cm 厚填土的保溫效果。這種設(shè)置可以提高凍結(jié)溫度，可以改變水分遷移方向，減少樁柱基礎(chǔ)附近的凍結(jié)強(qiáng)度，從而減少作用于基礎(chǔ)側(cè)表面的切向凍脹力值。保溫法是防治凍脹的有效方法之一，它所用的保溫材料來(lái)源廣泛，造價(jià)低廉，具有使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)輸和施工方便等特點(diǎn)?？捎脕?lái)做為隔熱的材料是相當(dāng)多的，如草皮、樹(shù)皮、干草、爐渣、聚苯乙烯泡沫等。

3.4 結(jié)構(gòu)措施

將涵洞基礎(chǔ)置于凍層以下也是防止凍害的有效途徑之一，但在凍深加大地區(qū)修建小型涵洞往往基礎(chǔ)工程量較大。在寒冷地區(qū)許多工程實(shí)踐表明，小型涵洞自重力小，在凍脹力作用下難以維持自身穩(wěn)定，雖然涵洞失穩(wěn)也不影響涵洞正常運(yùn)用，但可按允許凍脹變形進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是增強(qiáng)涵洞結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形的能力。

3.5 隔離法

指在基礎(chǔ)與周?chē)临|(zhì)間采用隔離的一種回避措施。使基礎(chǔ)側(cè)表面與土之間不產(chǎn)生凍結(jié)作用（即不產(chǎn)生凍結(jié)力），進(jìn)而消除切向凍脹力對(duì)基礎(chǔ)的作用。樁柱基礎(chǔ)常用的是在基礎(chǔ)側(cè)表面涂料的隔離方法。就是采用收斂性不凍材料及憎水材料，涂刷基礎(chǔ)凍層內(nèi)的側(cè)表面，用來(lái)涂刷的材料有：樹(shù)脂、黑油、枸油、原油、瀝青瑪蹄脂、聚乙烯薄膜等。具體施工方法是，在回填前，清除凍層間樁柱表面的雜物臟土，然后在樁柱側(cè)表面涂刷5至10mm的黃油，用油氈紙或塑料薄膜包裹一層，再用黃油在油氈紙或塑料薄膜上涂刷，共用三層油氈紙或塑料薄膜包裹，回填時(shí)分層夯筑，同時(shí)注意不要碰破油氈紙或塑料薄膜，以防止該措施失效。

4、結(jié)語(yǔ)

隨著交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，在我國(guó)北方寒冷季節(jié)性凍土地區(qū)修建了大量的橋涵工程。由于工程技術(shù)人員在當(dāng)時(shí)沒(méi)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，致使許多橋梁涵洞出現(xiàn)凍害。它嚴(yán)重地影響了正常交通，危害了人民生命和財(cái)產(chǎn)的安全，給國(guó)家造成經(jīng)濟(jì)損失。所有如上所述問(wèn)題，都有待廣大公路工作者進(jìn)一步研究和探索。