寒区水文测桥基础冻害破坏原因及防治措施

曹伟征，王 茜，王金艳

（佳木斯水文局，黑龙江佳木斯 154002）

1 前言

水文测桥是进行水文测验作业的工作桥。普通水文测桥两岸基础多采用现浇钢筋混凝土结构，桥面多为钢结构。在主槽河宽较窄的中小河流上建设水文测桥，能大大提高水文流量测验的安全性，改善水文测验质量。水文测桥结构简单，设计时由于未考虑到冻害因素，受冻害影响往往造成水文测桥桥墩混凝土基础上拔、倾斜、桥面起拱等现象，致使水文测桥不能正常使用。以孟家岗（北）水文站水文测桥为例进行分析。

孟家岗（北）水文站位于黑龙江省桦南县孟家岗镇，是黑龙江流域倭肯河水系北柳树河中游控制站，集水面积136 km2。测验河段1975年人工改道比较顺直，长300 m，复式断面，主槽宽12 m，北柳树河属山溪性河流，水势陡涨陡落，中高水断面有冲淤变化和坍岸现象，水位流量关系复杂。主槽采用桥测法施测流量，水文测桥建于1978年，测桥两岸基础采用现浇钢筋混凝土结构，桥面为钢结构，左岸桥墩向河中心方向倾斜严重，水文测桥存在一定的安全隐患。

2 冻害破坏原因分析

孟家岗（北）水文站所在地为季节性冻土区，土体表层存在一层冬冻夏融的冻结——融化层，由于具有特殊的物理力学特性，在此地区上修建的建筑物，其稳定性必然受到影响。左岸桥墩倾斜原因分析如下：

1）由于受水流冲刷的影响，使桥墩靠近水边的一侧土体逐渐减少，桥墩除受切向冻胀力作用外，还将受到坡面上下两侧不均匀水平冻胀力的作用。

2）桥墩基础混凝土尺寸小，自重小，再加上桥墩基础埋深不够，基础底部位于冻结线之上，桥墩基础周边除受冻切力作用外，其底部还将受到法向冻胀力作用;桥面荷载、桥墩自重不足以抵抗冻胀力作用时，桥墩基础便产生冻胀上抬。

在切向冻胀力作用下，桥墩基础抗冻稳定条件是：

式中：P为结构恒荷载，kN;G为基础自重，kN;Fτ为基础所受总极限摩阻力∑Fi，kN;∑Fi为除 P、G、Fτ以外基础所受的其它阻拔力，kN;Kτ为安全系数，一般取1.2;T为基础所受的总切向冻胀力，kN。

3）由于桥墩基础两侧含水量条件不同，左侧桥墩接近过水部分地基土壤含水量大，作用于基础左侧的水平冻胀力和切向冻胀力大于右侧，在两侧不平衡力作用下使墩基础向右倾斜。

图1 孟家岗水文站测桥示意图

3 冻害防治措施

1）基础底面应置于最大冻深以下，使基础底面免受法向冻胀力影响。

2）换填：将桥墩基础约束范围内的冻胀性土换填为非冻胀的砂、卵石、碎石、沥青渣油砂等。换填范围应为桥墩直径的2～3倍，换填深度应等于0.67～1.0倍的最大冻深，换填时应注意控制换填砂卵石中含泥量及细粒土含量，换填的沙砾石在饱和水条件下要有排水出路。

3）保温法：用PS保温板覆盖在桥墩混凝土基础的侧表面，使之在基土中造成水平方向的温度梯度，水分迁移向离开基础方向发展，冻胀强度降低，冻深减小，从而达到减轻或防止冻拔的目的。

4）活性剂油涂抹基础侧面：桥墩基础混凝土表面涂以渣油，大大减少桥墩侧面与冻土之间的冻结力，防止桥墩基础冻拔。

4 结束语

通过对孟家岗（北）水文站老测桥桥墩倾斜原因的分析，该站水文测桥于2003年重新进行设计，设计中充分考虑了减少水文测桥桥墩基础免遭冻害破坏的因素和冻害防治措施，施工过程中严格按设计施工，经过几年的运用，该站水文测桥的基础未发生冻拔、倾斜等现象，抗冻拔效果良好。

[1]谭志伟，杨革.水工建筑物冻害防治技术[M].哈尔滨：哈尔滨地图出版社，1998.