多年冻土地区的桥涵工程设计

2013-08-15张松涛

黑龙江交通科技 2013年3期

关键词：多年冻土桥涵涵洞

刘秀，张松涛

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.哈尔滨工业大学)

多年冻土地区的桥涵工程设计

刘秀1，2，张松涛1

(1.黑龙江省公路勘察设计院;2.哈尔滨工业大学)

我国是多年冻土大国，不可避免地要在多年冻土地区修建工程。冻土地区桥涵工程的设计成为一个难题。考虑多年冻土特殊的性质，对多年冻土地区的桥涵设计进行阐述，可为多年冻土区桥涵工程设计提供参考。

多年冻土;桥涵工程;设计

1 冻土地区桥梁基础的类型

(1)钻孔灌注桩基础

实践证明，钻孔灌注桩基础对地基多年冻土的热扰动最小，带给冻土的热量更小，能够保持多年冻土的常年处于冻结状态，适用于冻土上限深度深，冻结比较稳定的区域。另外钻孔灌注桩基础抗冻胀能力较好，能有效的防止桥梁的冻胀现象，所以钻孔灌注桩基础成为近年来多年冻土地区采用最多的基础。但在钻孔和浇筑混凝土时，会给多年冻土地基带来一部分热量，所以在施工时要考虑施工部门的设备能力、施工季节等。当地基为严重融沉土或融沉土，且桥梁高度较大时，要充分考虑冻土的流变产生的不均匀下沉。

(2)扩大基础

扩大基础由于施工简单，工程造价较低，是基础承载力较好地区的桥梁基础主要采用的类型，多年冻土由于处于冻结状态，基底承载力较高，所以扩大基础也常是多年冻土地区小桥基础采用的类型。但基坑开挖以及施工过程中，使大部分冻土处于裸漏状态，受日光照射以及其它影响会有大部分热量传递到冻土中，所以要注意施工方法和施工工期的安排，使多年冻土不致被破坏。从保证冻土处于冻结状态角度出发，冬季施工进行基坑开挖比夏季有利，如果施工时间在夏季应尽量减少基坑暴露面积，暴露时间，同时应尽早砌筑，尽早回填。

(3)打入桩及沉井

打入桩对冻土的热扰动小，承载力比较高，但当土温较低、处于坚硬冻结状态时打桩有困难。所以该种基础仅适用于个别融区或冻土上限很深的地区，同时应进行较为全面的方案设计，认为可行，方可采用但受施工机械的限制，桩径也不大。

2 基础埋置深度及防止冻胀的措施

2.1 基础的埋置深度

多年冻土地区桥涵基础的埋置深度，应根据地基冻土的性质、冻胀线深度、受流水冲刷情况以及桥涵结构的性质等综合考虑。

规范规定，桥涵基础其地基为冻胀土层时，应将基底埋入冻结线以下不小于0.25 m。由于桥墩台同地基的热交换过程很复杂，是一种多维不稳定的传导过程，目前尚无精确的计算方法。冻土的上限深度，建议按天然上限深度乘相应的经验系数，明挖基础可采用1.2，桩基础采用1.1来确定。以上说所的都是采用保持地基土冻结的原则时，基础的埋深，如在非冻胀性地基上，基础的埋置深度，应按非冻胀性上的基础埋深确定，可以埋在季节性融冻层之内。

2.2 防止冻胀的措施

(1)如果采用扩大基础，应加大基础尺寸，增加基础自身重量。

(2)加大基础埋置深度，使其处于冻胀线以下。

(3)为减小冻胀力作用，当季节融化层为冻胀土及严重冻胀土时，墩台周围要换非冻胀性土(如卵石、碎石、粗砂等)°

(4)在冻胀层范围内减小圬工表面积及粗糙度。

(5)修建在寒冰地区的桥梁，除应进行水文孔径计算和

合理采用结构方案外，尚需要考虑流冰，聚冰，河冰丘的影响，并设置挡冰结构物。

3 冻土地区涵洞

3.1 各类冻土地基与涵洞病害

(1)涵洞冻胀隆起及热融下沉变形

这种病害在青藏高原地区普遍存在，也是比较严重的。凡是地基为细粒土(粘性土、细砂、粉砂等)，含水量大于塑限，涵洞基础埋在人为上限以上的，均产生冻胀隆起及热融下沉变形。当地基为粗颗粒土(卵石、砾石、粗砂)，其中细颗粒含量很小，且为非饱和含水时，不论基础深度如何，均不发生冻胀隆起及热融下沉变形。这是因为粗颗粒土互相间的连接很弱，薄膜水量微小，吸附力差，不能形成水分转移，所以一般不会产生冻胀及下沉。但要注意，粗颗粒土中细颗粒含量不易过大。

(2)砌体开裂

这种现象亦较为普遍和严重。它与涵洞变形有关系，是由于基础不均匀冻胀，隆起及热融下沉变形造成的。所以在工程措施方面应留沉降缝。

(3)冰塞现象

多发生在坡面有细弱地下水流出地段。由于水温低、流速小，常常是没有流出管口就在管内结冻。随时间增加，冰层加厚，最后洞涵将堵塞，使涵管冻裂。因此，遇到这种情况时应加大孔径或采用小桥。