浅谈冻土地区桥涵基础施工

浅谈冻土地区桥涵基础施工
摘要：简要介绍季节性冻土地区桥梁的常见冻害现象及其产生的原因和防治的措施
关键词：冻胀力温度含水量
在北方寒冷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”便是桥涵冻害的典型特征。

它严重地影响了正常交通，危害了人民生命的财产的安全，给国家造成经济损失。

1、桥梁常见冻害
其主要表现为钢筋混凝土桩基础冻拔、墩(台)基础整体上抬并伴有倾斜、墩台横向拔断或剪断而产生裂缝、桥台翼墙倾斜与断裂等。

2、导致冻害的原因
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。

3、影响冻胀力的主要因素
地基土的冻胀性与冻胀力之间的关系十分密切，它是影响冻胀力的诸因素综合的反映。

基土冻胀性强的冻胀力大，基土冻胀性弱得冻胀力小。

而土的冻胀性与土质、土中含水量、地下水和土温等因素有关。

在相同的水分和温度条件下，粗颗粒的粗砂、砾石土等冻胀力小，接近于零；而颗粒最细的粘土，其冻胀力也不大，唯独粒径适中的亚粘土和亚砂土，冻胀力
值最大。

在相同的土质和温度条件下，土中含水量是影响冻胀力的主要因素。

含水量大冻胀力大；反之，含水量小冻胀力也小。

冻前地下水位越高且下降速率慢，基土冻胀力越大。

冻土温度对冻胀力的影响很大。

土温降到冻结温度时，冻胀力便开始产生。

随着土温降低，冻胀力增长。

并且，气温缓慢下降时土的冻胀较气温急剧下降时来得显著。

4、桥涵基础冻害防治措施
4.1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。

4.1.1换填土
(1)换填砂。

对于厚度小于最大冻深的冻胀性敏感土(如粘土、粉砂等)，其下为透水砂或乱石；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。

(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。

(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，即在低温状态下也成塑性状态，因此沥青砂(卵)石是一种较好的防冻性材料。

4.1.2采取保温措施
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。

硬质泡沫塑料导热系数小，保温效果好，且强度高、不透水。

国外如加拿大、美国、瑞典等国用硬质泡沫塑料铺砌在基础下面，作绝缘防冻基础。

4.1.3排水阻水
在支挡建筑物墙背设置排水后均会显著降低水平冻胀力。

当填土中地下水位较高时，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，土固化将毛细管堵死，是冻结时水分不能再迁移，固化的土体含水量非常小，因此不能产生冻胀。

4.2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，能防止基础冻胀。

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。

也可把套管做成二个半圆形，用螺栓拼装。

(4)双层油套管。

双层油套管是冻土在冻深范围内不与桩壁接触，而与套管冻在一起。

套管与桩周表面用油分离。

当套管随着侧壁冻土冻拔时，不对桩基产生作用力。

在冻土融沉时，位于套管下部的复位盘，受到土的向下固结的压力作用，使套管基本恢复至原位，达到长期使用的目的。

双层油套管用4mm以上的钢板焊制，由上、下两层套管组成。

4.3结构措施
采取结构措施减少或防治基础冻胀，可从三个方面人手：一是增大结构物本身的强度和刚度，增强抵抗冻胀破坏的能力；二是允许结构物有一定的变形，适应基土冻胀；三是使结构形式利于增加锚固力减小冻胀力。

(1)扩底桩。

扩底桩是将桩下端一段长度扩大。

扩大方式主要有两种：一种是爆破扩底；一种是机械扩底。

具有施工简便、造价低廉、承载力大、抗冻性能好等优点。

(2)变径桩。

变径桩是相对减小冻层范围内桩径，使之一方面减小总切向冻胀力对桩基冻胀作用；另一方面增加冻胀反力对桩基防冻胀作用，进而达到桩基防冻胀的目的。

(3)合理锚长桩。

合理锚长桩是正确取用冻胀力和锚固力，使桩基入土深度恰到好处。

它是公路桥桩常用的一种形式，锚固长度不足，造成桥梁冻胀破坏损失严重；锚固长度过大也是浪费。

这就需要设计合理的锚长桩，做到既经济又安
全。