(包头市市政工程管理处，内蒙古 包头 014010)
摘 要：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：季节性冻土；冻害；防治
中图分类号：U443 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2009)06—0119—02
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。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。
1 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。
2 桥涵冻害及其原因
2.1 桩(柱)基础的冻害
黑龙江省交通科学研究所会同黑龙江省绥化地区交通局于1980年对黑河、绥化两个地区进行 了一次桥梁冻害调查，发现有30余座，约一千延长米的钢筋混凝土桩梁式桥，发生不同程度 的冻胀现象，如：黑龙江省绥绥线胜利桥，建于1966年，3孔跨径6m，上部为预制钢筋混凝 土宽板梁，下部为四柱式钢筋混凝土排架桩(d=40cm)入土深度6m。竣工后于翌年开始冻胀， 至1980年两排中墩均冻胀80cm,已无法正常通车。还有其他4例，均有不同程度的严重冻胀， 钢筋混凝土桩的断面形式有圆形、方形；桩径50～100cm;入土深度6～13m；工艺有预制和现 浇等。最大冻胀量194cm，最大年平均冻胀量22.5cm。
2.2 墩(台)基础的冻害
2.2.1 墩(台)基础整体上抬，多年的冻胀变形累积，可使整个结构物破坏。
2.2.2 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。
2.2.3 桥台翼墙倾斜与断裂。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。
2.3 涵管的冻害
2.3.1 洞口端墙及八字翼墙圬工开裂；端墙开裂与管节脱离；端墙及八字墙向流水面倾斜 。
2.3.2 管节错动。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。
2.3.3 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。
2.4 挡土墙的冻害
2.4.1 挡土墙的整体倾斜。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。
2.4.2 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。
2.4.3 挡土墙体不规则裂缝。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。
2.4.4 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。
3 桥涵基础冻害防治措施
3.1 减小消除切向冻胀力
3.1.1 换填砂。对于厚度≤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。 换填范围一般为0.5～1.0m，换填深度至最大冻深。
3.1.2 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 量限制，不受地下水位限制(但不是承压水)，是一种应用范围较广，使用效果较好的方法 。换填范围和深度同换填中粗砂一样要求。
3.1.3 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，即在低温状态下也呈塑性状态，因此沥青砂(卵石)是一种较好的防冻性 材料。可用4～7的沥青(渣油)和干净的粗砂或卵石拌合均匀，然后分层回填并夯实(每 层20～30cm)。换填范围与深度同换填砂、碎(卵)石要求相同。
3.1.4 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。
3.1.5 化学方法。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，土因化将毛细管堵死，使冻结时水分不能再迁移，因化的土体含 水量非常小，因此不能冻胀。
3.2 减小或消除水平冻胀力措施
减小或消除水平冻胀力可以从两个方面入手：①减小墙背填土的冻胀性；②采用变形性大的 支挡结构形式。
3.3 减小或消除冻结力
3.3.1 设沥青隔离层。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。因此，能防治基础冻胀。
3.3.2 油毡纸包桩。在桩基最大冻深范围内周侧均匀涂上黄油(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，以减小或消除二者之间的冻结力，达到减 小或消除切向冻胀力的目的。
3.3.3 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。
3.3.4 双层油套管。双层油套管是在油包桩、单层套管基础上，提出的一种使桩基与冻土 隔离，长期行之有效的防治桩基冻胀的措施。它可以用在处理已冻拔桩基上。
3.4 结构措施
采取结构措施，减少或防治基础冻胀，可从三个方面入手：①增大结构物本身的强度和刚度 ，增强抵抗冻胀破坏的能力；②允许结构物一定变形，适应基土冻胀；③使结构形式利于增 加锚固力减小冻胀力。
总之，通过对桥涵基础的冻害进行早期的防治，能够杜绝桥梁的安全隐患，保证桥梁正常运 行，保护人民生命和财产的安全。
［参考文献］
［1］ 田德廷，戴惠民道路桥梁冻害及其防治［M］.北京：人民交通出版社，1987 .