哈神公路多年凍土區橋涵病害及設計探討

■郭 娟 ■新疆交通職業技術學院，新疆 烏魯木齊 831401

哈巴克至神仙灣邊防公路(以下簡稱哈神公路)起于國道219線(新藏公路)K404+780處，終點至神仙灣邊防連哨所。哈神公路是我國西部邊防公路體系的重要組成部分，原路因等級低，使用時間長，道路破損嚴重，本項目的主要目標是改善該道路的行車條件，增強其抗災能力，在無大型自然災害的情況下，實現哈神公路正常季節全線暢通。

要保證項目的正常運行，多年凍土段公路橋涵的修筑無疑是該項工程成敗的關鍵之一。橋梁基礎設計是凍土區橋梁設計的重點，橋梁工程成敗的關鍵。哈神公路工程地質簡單、水流量較小，設計多為中小橋梁，可采用淺基礎。

1 哈神公路凍土分布情況

凍土一般是指溫度在0℃或0℃以下，并含有冰的各種巖土。按巖土凍結狀態保持時間的長短，凍土又可分為多年凍土與季節凍土，凍結數年至數萬年以上的稱為多年凍土。

1．1 季節性凍土

路線在K0+000～K15+000段為季節性凍土，沿線氣候寒冷，季節性凍土分布于全路段，類型為季節融化層，與下覆多年凍土呈銜接關系。該路段根據鉆探揭示沿途最大季節融化深度一般為1～3m，年平均氣溫約為-5．0℃;個別路段因受河流、巖土類別及地形朝向的影響，最大季節融化深度可達4～5m，這與多年凍土上限一致，可認為多年凍土上限即為該路段的最大季節融化深度。

1．2 多年凍土

路線K15+000～K56+500段路線凍土類型主要為少冰凍土～多冰凍土，從探坑揭露來看，結構較緊密，為冰晶所充填，偶爾可見薄冰層，地基土巖性多以含細粒土礫為主，勘察期(7月—9月)凍土上限在1．5～2．3m，多為少冰凍土，凍土總含水量3% ～5%。

表1 物探點解譯結果數據表

2 哈神公路凍土區橋涵主要病害及其產生的原因

凍土其成分、結構、熱物理及物理力學性質均有其特殊性，是一種多相體的特殊類土。因此，凍土區的工程建筑由于其活動層每年都發生著季節性融化和凍結，并伴生有不同類型的凍土不良地質現象，產生了一系列得特殊工程地質問題。凍脹和融沉是凍土區公路兩大病害。凍脹常見破壞是凍脹翻漿，占工程病害的15%，其中對橋涵構造物影響極大，由于凍脹作用導致涵臺、涵底、八字墻開裂傾斜等;凍土區公路病害中的85%由融沉引起，主要表現為路基凹陷、縱向開裂以及路基邊坡開裂、滑塌等。

2．1 哈神公路老路其橋涵工程病害類型

哈神公路老路其橋涵工程病害主要類型有:⑴梁產生較大的撓曲變形;⑵伸縮縫掉落、堵塞;⑶墩臺嚴重剝蝕，部分樁柱露筋，輕型基礎墩臺沉降，墩臺身開裂;⑷錐形溜坡凍脹沉陷破壞;⑸導流堤凍脹、沉陷坍塌;⑹過水路面老化等。

2．2 哈神公路老路橋涵工程病害產生的原因

⑴哈神公路等級較低，橋涵多為小橋涵。因小橋涵中部的空氣流動，改變了溫度，使得多年凍土上限上升，而涵端和涵洞洞口多年凍土上限下降，致使凍脹融沉不均程度加劇，使小橋涵的兩端和洞口產生開裂下沉;排入涵洞的水，因兩端和洞口的開裂滲漏于涵鋪砌層下，水中的熱量進入多年凍土層內，多年凍土上限下移，使凍脹、融沉加劇，當小橋涵工程難于抵抗這種反復凍脹、融沉作用時，就加劇產生了破壞。

⑵橋涵的基礎開挖，使得施工中熱量介入原地層，改變了水熱交換條件，使地溫升，基底凍土融化，降低了地基的承載能力，導致橋梁的淺基礎產生不均勻沉降形成了豎向裂縫，涵洞的基礎、洞身、洞口開裂變形。基礎施工時，由于材料供應不及時或其它原因造成基坑暴露時間過長，大量的輻射熱進入凍土基礎，使多年凍土局部融化，形成積水，上限下移。置于承載能力極低的淤泥上的基礎，產生不均勻沉降，使橋涵基礎在施工階段就產生了破壞。

3 哈神公路凍土地區公路橋涵設計

3．1 橋涵地基設計原則

在橋涵地基的設計中，為使哈神公路橋涵在日后能夠正常使用，主要采取以下原則進行設計:

(1)允許融化原則。即涵洞工程正常使用期間，容許其在某一定深度的地基處于融化狀態的原則。不融沉土和融化后基礎沉降量不超過容許值的弱融沉土適用于此原則。如在融沉土、強融沉土或融陷土地段，必須采用人工預先融化壓密或挖除換填等措施。根據凍土融化過程不同，可分為自然融化和預先融化:①自然融化:自然融化一般適用于少冰凍土和多冰凍土地區。凍土不穩定區的橋涵工程地基凍土不能保證其長期處于凍結狀態，需要按融化狀態計算地基強度和穩定性，使其因地基土融化而引起地基沉降量不超過允許沉降量;②預先融化:在高溫不穩定的多年凍土區域，當地基多年凍土層厚度較小時，修筑基礎前應采用人工融化或挖除換填非凍脹土的方法，避免其大面積的沉降。

(2)保持凍結原則。這一原則適用于多年凍土低溫穩定區年平均地溫低于-1．0℃的地區。地基土設計時，采用的基礎結構類型和施工方法、選擇的施工季節和時段應盡可能減少對地基凍土的熱侵入。以保持橋涵建筑物的地基土在規定的使用期間始終處于凍結狀態。

3．2 涵洞結構類型選擇

哈神公路中多年凍土區涵洞的設計，結合青藏鐵路設計的經驗，主要采用以下兩種形式:(1)合金鋼波紋管涵。合金鋼波紋管涵是一種適應變形能力很強的結構，有橢園和園形兩種。這種管涵由工廠預制，具有運輸方便、對基礎要求較低，施工簡便，且施工工期短，并可大大減少開挖工作量，對土層的熱擾動小。非常適用于多年凍土地區。(2)鋼筋混凝土蓋板涵。鋼筋混凝土蓋板涵主要由鋼筋混凝土蓋板和涵臺兩部分組成，是常見的涵洞形式。涵臺的臨水面為豎直面，背面為豎直或斜坡。涵臺頂面可以做成平面，也可做成L型企口，使之在支承蓋板的同時，借助板的支承作用來加強涵臺穩定。當河底采用干砌片石加固時，為加強涵臺的穩定，兩個涵墻基礎之間應設置支撐梁;當河底采用漿砌片石或混凝土加固時支撐梁可以不設。

4 結束語

通過對哈神公路多年凍土區橋涵的分析，新疆多年凍土區的墩臺及基礎設計應充分重視凍脹力計算，重視凍土區的凍脹和融沉特性。采用適宜的施工方法、改性材料、外加劑，提高耐久性、減少水化熱。

［1］中華人民共和國行業標準．《公路橋涵施工技術規范(JTGTF50-2011)》［S］．人民交通出版社，2011．

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