訥河市灌排渠道橋梁破壞成因分析及處理措施

梁愛國

(訥河市同心鄉農村經濟技術服務中心，黑龍江訥河)

訥河市地處位于黑龍江省西北部，屬高寒地區，為季節性凍土分布地區，冬季氣溫很低，常年冬季平均氣溫在－1℃，最低氣溫達到－40℃，凍結期為每年的10月末至來年5月中旬。由于四季的凍融變化，使渠道建筑物的基礎發生沉降，對渠道建筑物產生嚴重破壞，尤其是渠道橋梁破壞更為嚴重，通過對灌區幾十座橋梁的多年觀測，我們發現，灌排渠道上農道橋的使用壽命80%以上都不能達到設計壽命，給人民的生產生活帶來了很大的不便。

1 造成破壞的幾種原因

1)地質條件不明，沒有鉆孔取樣分析，或已取樣，但試驗資料不準，勘察報告不能充分反映實際地質情況。

2)地基地質差異太大，岸、坡處的地質不同，甚至個別地段存在軟弱地基，地基土由于不同壓縮性引起不均勻沉陷。

3)結構荷載差異太大，在地質條件相同的情況下，由于樁基礎埋深不一致，引起引起不均勻沉陷。

4)斷樁(灌注樁施工中，混凝土中夾泥土或孔壁倒塌導致混凝土中夾泥形成斷樁)。

5)施工措施不得力，在施工中基礎處理不好或混凝土強度沒有達到設計要求等。

6)凍脹破壞:在寒土地區，由于凍融破壞的影響，在冬季由于凍脹力的產生，導致基礎上抬，夏季土體融化，基礎下沉，當樁柱受力不均時，產生破壞。

2 凍脹破壞最為嚴重

其中最主要原因是凍脹破壞。據我們對訥河市灌排渠道橋梁的調查，發現以下幾個方面的問題。由于灌排渠道大多位于地勢低洼地帶，地下水位較高，滿足凍脹力產生的條件，土體含水量越大，凍脹力越大;而農道橋的工程造價低、投資少，施工難度大，施工隊伍在處理基礎時措施不到位，造成基礎達不到設計挖深、或基礎混凝土強度達不到設計要求、或者鉆孔深度不夠等，導致基礎的不均勻沉陷或凍拔破壞，進而造成樁柱上抬或下沉，形成“羅鍋橋”或橋體傾斜，成為危橋以至不能應用。

在訥河市七大灌區的灌排渠系中，大多數的農道橋的結構形式為底梁式結構(淺基)或灌注樁基礎(深基)兩種主要形式，還有一些爆破樁擴大式基礎。

表1 訥河市現有農橋運行狀況統計表

3 樁柱凍拔破壞的原理

樁柱凍拔現象是由作用于樁柱基礎側表面的凍切力產生的。當地基土中的水凍結成冰時，產生一種膠結力，將凍土與基礎側表面牢固的膠結在一起，膠結力又稱凍切力，凍結力與基礎材料性質、粗糙程度、土的種類、溫度等條件有關。

凍土與基礎側表面首先產生膠結力，然后隨著基礎土產生凍脹時，體積增大，土顆粒間產生相對位移，但基礎側表面與土間的膠結力阻止土粒沿基礎側表面位移，從而產生凍切力，凍結力先于凍切力，并且是凍切力的極限值。切向凍脹力的值可參考表2。

表2 切向凍脹力參考值

當凍土層發生向上凍脹位移時，由于凍層與樁柱凍結在一起，便產生一種使樁柱拔起的力，簡稱凍拔力。凍拔力的條件式為:

式中:D為樁柱直徑;h為凍層深;H為不凍層深;f為土與基礎間摩擦力;ζ為凍切力;p為樁柱上部荷載;Q為樁柱自重。

當凍拔力大于大于抵抗凍拔力之和時，樁柱便拔起，反之，樁柱則是穩定的。

4 防治措施

目前我省防治樁柱凍拔破壞的措施有以下幾種:

1)增加樁柱打入深度進而增大樁柱與土體間總的摩擦力，當摩擦力大于切向凍脹力時，則基礎是穩定的;根據當地的實際地質情況，當樁柱深度＞15～20 m時，摩擦力＞1.5倍切向凍脹力，基礎可以達到穩定狀態。

2)消除或減少凍切力:就是在樁柱周圍作各種隔層或涂層，比如涂瀝青、油渣來減少凍結力，從而達到減少凍切力的目的，一般較少用。

3)爆破樁基礎:利用樁底部的大頭加大抗凍拔力，其原理是凍結期利用土體本身拉住樁柱被拔起，融化期不因融化層承載能力降低而使基礎產生不均勻沉陷，現在較少用。

4)在樁柱周圍換填砂礫石，減少凍脹力，但在地下水位較高，填料處于飽和狀態下，用作換填的砂礫石其粉黏粒含量一定要＜12%，才能達到預期效果，這種方法施工難度較大，防止凍拔的效果并不顯著，另外造價較高，一般很少用。

5)底梁式結構，利用鋼筋混凝土梁將樁柱基礎相連以抵抗凍脹力。但這種基礎必須埋在土體最大凍深以下，中梁比邊梁的基礎要深，利用底梁的整體錨固能力抵抗凍拔力。結構形式見圖1。

圖1 板梁式基礎示意圖

6)整體式底板，將整個樁柱設在一個整體底板上，見圖2。

圖2 整體式底板

這種結構形式適用于流砂基礎或基礎范圍內全部或部分為軟土地基的情況。