讷河市灌排渠道桥梁破坏成因分析及处理措施

梁爱国

(讷河市同心乡农村经济技术服务中心，黑龙江讷河)

讷河市地处位于黑龙江省西北部，属高寒地区，为季节性冻土分布地区，冬季气温很低，常年冬季平均气温在－1℃，最低气温达到－40℃，冻结期为每年的10月末至来年5月中旬。由于四季的冻融变化，使渠道建筑物的基础发生沉降，对渠道建筑物产生严重破坏，尤其是渠道桥梁破坏更为严重，通过对灌区几十座桥梁的多年观测，我们发现，灌排渠道上农道桥的使用寿命80%以上都不能达到设计寿命，给人民的生产生活带来了很大的不便。

1 造成破坏的几种原因

1)地质条件不明，没有钻孔取样分析，或已取样，但试验资料不准，勘察报告不能充分反映实际地质情况。

2)地基地质差异太大，岸、坡处的地质不同，甚至个别地段存在软弱地基，地基土由于不同压缩性引起不均匀沉陷。

3)结构荷载差异太大，在地质条件相同的情况下，由于桩基础埋深不一致，引起引起不均匀沉陷。

4)断桩(灌注桩施工中，混凝土中夹泥土或孔壁倒塌导致混凝土中夹泥形成断桩)。

5)施工措施不得力，在施工中基础处理不好或混凝土强度没有达到设计要求等。

6)冻胀破坏:在寒土地区，由于冻融破坏的影响，在冬季由于冻胀力的产生，导致基础上抬，夏季土体融化，基础下沉，当桩柱受力不均时，产生破坏。

2 冻胀破坏最为严重

其中最主要原因是冻胀破坏。据我们对讷河市灌排渠道桥梁的调查，发现以下几个方面的问题。由于灌排渠道大多位于地势低洼地带，地下水位较高，满足冻胀力产生的条件，土体含水量越大，冻胀力越大;而农道桥的工程造价低、投资少，施工难度大，施工队伍在处理基础时措施不到位，造成基础达不到设计挖深、或基础混凝土强度达不到设计要求、或者钻孔深度不够等，导致基础的不均匀沉陷或冻拔破坏，进而造成桩柱上抬或下沉，形成“罗锅桥”或桥体倾斜，成为危桥以至不能应用。

在讷河市七大灌区的灌排渠系中，大多数的农道桥的结构形式为底梁式结构(浅基)或灌注桩基础(深基)两种主要形式，还有一些爆破桩扩大式基础。

表1 讷河市现有农桥运行状况统计表

3 桩柱冻拔破坏的原理

桩柱冻拔现象是由作用于桩柱基础侧表面的冻切力产生的。当地基土中的水冻结成冰时，产生一种胶结力，将冻土与基础侧表面牢固的胶结在一起，胶结力又称冻切力，冻结力与基础材料性质、粗糙程度、土的种类、温度等条件有关。

冻土与基础侧表面首先产生胶结力，然后随着基础土产生冻胀时，体积增大，土颗粒间产生相对位移，但基础侧表面与土间的胶结力阻止土粒沿基础侧表面位移，从而产生冻切力，冻结力先于冻切力，并且是冻切力的极限值。切向冻胀力的值可参考表2。

表2 切向冻胀力参考值

当冻土层发生向上冻胀位移时，由于冻层与桩柱冻结在一起，便产生一种使桩柱拔起的力，简称冻拔力。冻拔力的条件式为:

式中:D为桩柱直径;h为冻层深;H为不冻层深;f为土与基础间摩擦力;ζ为冻切力;p为桩柱上部荷载;Q为桩柱自重。

当冻拔力大于大于抵抗冻拔力之和时，桩柱便拔起，反之，桩柱则是稳定的。

4 防治措施

目前我省防治桩柱冻拔破坏的措施有以下几种:

1)增加桩柱打入深度进而增大桩柱与土体间总的摩擦力，当摩擦力大于切向冻胀力时，则基础是稳定的;根据当地的实际地质情况，当桩柱深度＞15～20 m时，摩擦力＞1.5倍切向冻胀力，基础可以达到稳定状态。

2)消除或减少冻切力:就是在桩柱周围作各种隔层或涂层，比如涂沥青、油渣来减少冻结力，从而达到减少冻切力的目的，一般较少用。

3)爆破桩基础:利用桩底部的大头加大抗冻拔力，其原理是冻结期利用土体本身拉住桩柱被拔起，融化期不因融化层承载能力降低而使基础产生不均匀沉陷，现在较少用。

4)在桩柱周围换填砂砾石，减少冻胀力，但在地下水位较高，填料处于饱和状态下，用作换填的砂砾石其粉黏粒含量一定要＜12%，才能达到预期效果，这种方法施工难度较大，防止冻拔的效果并不显著，另外造价较高，一般很少用。

5)底梁式结构，利用钢筋混凝土梁将桩柱基础相连以抵抗冻胀力。但这种基础必须埋在土体最大冻深以下，中梁比边梁的基础要深，利用底梁的整体锚固能力抵抗冻拔力。结构形式见图1。

图1 板梁式基础示意图

6)整体式底板，将整个桩柱设在一个整体底板上，见图2。

图2 整体式底板

这种结构形式适用于流砂基础或基础范围内全部或部分为软土地基的情况。