试论高寒冻土地区的桥涵病害研究及预防治理措施

刘美萍

摘 要：近年来，我国冻土范围在逐渐增加，大部分出现在东北大兴安岭、小兴安岭、青藏高原以及西部高山等地方，整体面积在214万平方公里左右。所谓高寒冻土主要是由水、冰、颗粒以及气体等物质构成的繁杂体系。本文将主要围绕高寒冻土地区的桥涵病害形成原因展开分析，并提出具体预防治理措施以供参考。

关键词：高寒冻土；桥涵病害；预防治理

1 引言

大部分桥涵设计人员通常仅关注于规范对构造强度谋划方面的安全性需求，却往往忽视高寒冻土条件下桥涵的经久性和可靠性。大量桥梁即使符合设计标准的强度需求，但却在使用的3-11年间便由于经久力较差产生质量问题，从而影响其整体构造的安全。因此设计人员要充分重视高寒冻土区域的桥涵病害。

2 高寒冻土地区的桥涵病害形成原因

2.1 桥梁基础不均衡冻胀

因为水凝结成冰过程中，体积会增加9%。所以通常情况下，土壤中的水的冻结和冰体的增长，引发土体膨胀、地表不均衡凸起，这种现象便是冻胀。土体冻结会导致水分流动，其不但会造成自身位置的结冰现象发生，同时在渗透力的影响下，水分会从原本位置流向冻结锋面再次成冰，增强冻胀效果。地基中水分的冻结，会形成连锁反应，让较为稳固的基础与其一同产生冻胀力。如果出现基础的分量和附属荷载无法处于平衡状态时，基础会在冻胀力的影响下出现拔变形现象，进而产生冻胀。在自然环境中，因为地基中的土质、冻结、水分条件均有所差异，桥梁桩基础的冻胀也将会是不均衡的，这是造成高寒冻土地区的桥涵冰寒的主要原因。

2.2 土地负荷能力变低

建设桥涵基础、挖掘基坑、修建基础圬等工作，更改了原来地层的水热交换要求。施工过程中热量的产生，让地表温度增加，地基底部冻土逐渐消融，上限下降，减少了地基的负荷能力，造成桥梁出现生浅基础、不均衡下沉、纵向裂缝以及涵洞基础、洞口、洞身的撕裂和变形现象。还有一些施工中，因为材料提供时间过晚或者一些其他因素导致基坑显露时间大大延长，产生积水，过量的太阳热量直射到冻土基础中，让多年冻土开始逐渐融化、上限下降。但是基础处于负荷能力较差的泥土中，让桥涵基础在早期施工阶段就大大遭到损坏[1]。

2.3 通风作用造成小桥涵损坏

桥涵的通风效果更改了多年冻土的水热均衡要求，让小桥涵中间区域的多年冻土上限升高，而桥涵顶端和洞口的多年冻土上限下降，导致桥涵洞墩、涵台流水方向土体的冻胀和融化沉降不均匀程度加剧，造成小桥涵的两侧以及洞口形成裂缝以及沉降等问题。因为小桥涵的前期破裂下沉，进入涵洞的水，一部分流入铺设层下，水中的潜热融入多年冻土层中，让其上限下降，季节活动层厚度增加，加快融沉与冻胀的发生。一旦小桥涵无法应对这种重复融沉与冻胀的过程，将会酿成各种种类、程度的损坏问题出现。

3 高寒冻土地区的桥涵病害预防治理措施

3.1 提高地基多年冻土的冷储量

提高地基多年冻土的冷储量，是保证地基多年冻土温度保持在设计标准温度的一种切实可行的重要举措。地基冷储量的加大，将促使地基中多年冻土的温度变低。这也就代表着地基多年冻土强度会大大增强，负载能力也就随之提高，蠕变变形范围缩小，地基基础的稳固性从而得到有效增加。归属这种方式的工程策略主要有两种，一种是热棒，另一种是抛石碓层。前者是用热棒降低桥涵地基的温度；后者是把石块或者片石聚集成堆，将其全面铺设在桥涵地基基础上，以此提高冬季进入地基多年冻土的冷量。

3.2 削弱施工过程中对地基多年冻土的热干扰

桥涵基础在施工过程中，要尽可能的缩短基坑的显露时间，强化临时阻挡热量的预防工作，以防让多年冻土直接呈现在阳光强照下，以及基坑积水的形成。基础施工完毕后，要积极对坑基进行回填处理。在桩基施工过程中，钻孔时最好使用旋挖钻机。在不得不用泥浆反复展开钻进时，要尽可能降低所用泥浆温度。及时做好施工前期预备工作，最大程度的减少桩基施工工期。

另外，制作混凝土时要严格按照一定配比，关键是要减少其中的水灰比，水泥水化需要的水分只是全部重量的24%左右，如果水量变多，过剩的水会脱离析出，形成间隙，充足后便会造成冻胀。

3.3 强化排水、导水设备

建造桥涵工程过程中，尽可能的避免更改河流、沟渠的流向条件。桥位位置的河槽最好避免施压，以及改沟设涵。针对多年冻土区域，最正确的做法是一个沟槽搭配一桥涵。及时正确的建设河床，以防桥下河床出现积水现象。同时还要对桥涵底部进行积极建造，为预防流水进入涵洞地基奠定坚实基础。与此同时，要始终保持铺设桥涵的沟槽畅通状态，避免涵前积水问题的发何时能。以上这些方法均能在预防冰丘、冰锥的形成上起到一定作用，同时还能及时应对桥涵地基多年冻土上限的改变。

3.4 选择抗冻融材料

钢纤维硅粉混凝土是重要的抗冻融材料。首先，钢纤维在水泥胶块中穿梭，让胶块能够密切贴合，在钢纤维与基体黏结力的影响下，增加了裂缝应力聚集区朝基体内部的扩散时间，并且钢纤维的限制裂缝能力，又可以有效阻止混凝土的前期塑性破裂，阻碍和疏散裂缝的伸展以及程度加深，制约冻胀压力发生的裂缝，让基体内部处于良好环境，这在分割后的冻融情况中能分辨出其状况和没有冻融前的基本一致。其次，高活性硅粉的融入，转变了基体的功能，其不但填补了水泥间隙，而且硅粉能摄取水泥缝隙中的氢氧化钙离子，产生较多的C-S-H凝胶，提高了混凝土的凝胶比重，水泥石较大的空隙變少，增加混凝土密度，渗透能力也随之削弱。这时混凝土的孔构造和孔与孔之间的空隙符合抗冻性的需求，水分在这样的孔径范畴中，难以移动到相邻的缝隙中去，冻融反复发生时形成液体压力便相对困难。此外，硅粉完善了水泥浆和纤维界面区与集料的构造，提高了界面间的相互黏结力，基体与钢纤维黏结力的大幅度增强，促进钢纤维更好的显现其自身功效，在抑制裂缝、提高强韧度上具有重要意义。

4 结论

综上所述，高寒冻土地区的桥涵病害大部分是由于融沉和冻胀而引发的构造改变，桥涵构件如果遭受损害，不仅对往来行车带来严重的安全隐患，而且后期修复也十分繁难。在冻土区域，针对桥涵病害的预防治理不能单单注重设计环节、施工过程，在平常维修养保养中同样要加以重视。

参考文献：

[1] 郭良宇.多年冻土地区桥涵病害防治原则与主要对策[J].科技视界，2014（28）：313.

[2] 秦毅.新疆多年冻土地区桥涵病害调查及防治措施[J].交通标准化，2014（14）：114～117.