探究鐵路橋梁病害在寒冷地區產生原因及治理措施

石朝俊+黨永峰+王玉龍

摘 要： 眾所周知，高速鐵路的發展對于提升我國經濟發展速度有著極為重要的推動作用，因此，為了確保鐵路通行的安全性，必須對鐵路橋梁病害產生的原因加以分析，從而總結出有針對性的治理措施就顯得尤為重要。其中，由于北方冬季比較寒冷，對鐵路橋梁有著程度較大的危害性。鑒于此，本文首先以闡述寒冷地區鐵路橋梁病害的種類為切入點，對鐵路橋梁病害的形成原因進行分析，從而總結出寒冷地區鐵路橋梁病害的整治措施，以供相關專業人士借鑒與分析。

關鍵詞： 鐵路橋梁；病害；寒冷地區；治理

我國北方在較長一段時間內會比較寒冷，并且具有較大的凍土面積，從而導致土質結構存在較強的不穩定性，而且地下水資源較為充沛，進而在一定程度上增加了橋梁病害發生的幾率。與此同時，有著經濟大動脈之稱的鐵路不僅負責貨物的運輸，而且需要承擔人們日常出行的需求，并且隨著鐵路運行速度的不斷提升，極大的增加寒冷地區鐵路橋梁病害發生的概率，威脅該區域的鐵路運營安全。因此，對寒冷地區鐵路橋梁所出現的病害情況進行分析，從而制定有針對性的維護措施，進而保證鐵路橋梁的運營安全。

一、寒冷地區鐵路橋梁病害的種類

1、基礎不均勻凍起

基礎不均勻凍起通常會發生在含水量較大的黏性土或是退化后多年凍土中，以每年十月份土壤開始凍結時開始，而且這種凍起隨著氣溫的降低呈不斷增長的趨勢，以十一月中旬和十二月中旬這一個月時間內的發展最為迅速。隨著凍起的高度的增加，對行車的安全造成非常大的影響。

2、墩臺不均勻沉陷

墩臺不均勻沉陷所發生的位置也與基礎不均勻凍起的土質情況一樣，通常會在春季土壤開始融化時開始，土壤融化會導致大小不一的沉陷發生，這樣處于墩臺位置的土壤開始融化時，墩臺則會隨著外界氣溫的升高而發生下沉，由于各墩臺所處的土壤結構不一樣，所以各點的下沉量也是不同的。鐵路橋梁的墩臺每年在入冬時開始凍起，然后在春季融化后開始下沉，這樣長期的往復循環，加快了凍害的發展，使墩臺橫、縱面產生不同程度的傾斜，從而導致線路不平，鋼軌呈現起伏扭轉的狀態，影響鐵路運營的安全。

3、墩臺松動斷裂，混凝土嚴重腐蝕

當墩臺修建在季節凍層最大凍深或是多年凍土上限以上時，通常會導致墩臺的基礎出現凍裂的情況，而在凍裂處則會有水浸入或是結冰的情況發生，從而使墩臺的混凝土受到嚴重的腐蝕，呈現破損的情況。因此在凍脹力交替作用下，墩臺基頂處、墩臺與托盤處、托盤與頂帽處、頂帽與墊石處開裂折斷。

4、墩臺搖晃，梁縫頂死

在基底凍脹力的反復作用下，墩臺基礎不穩，橫向剛度減弱，沿底面滑動，高速列車的沖擊力、臺后凍脹土壓力作用，擠推墩、臺向橋跨方向滑移，造成橋臺胸墻與梁端、梁端與梁端間頂死，俗稱“瞎縫”，在列車荷載的劇烈震動下，墩臺不斷搖晃。

5、墩身大面積凍裂

墩臺在長期凍脹力的交替作用下，墩臺與墩身之間產生移位的現象，這樣就會導致與基礎的接縫處有裂紋的產生，嚴重的則會出現錯臺、斷裂的情況。這種由于凍害所產生的裂縫有發生在表面的，也有深入墩臺內部的，其中以縱向貫穿性裂紋對墩臺身所造成的危害性最大。

6、墩臺身傾斜，橋面線路超限

其些墩臺基礎處地下水較多，這樣當基礎埋深不足時，在基礎的反復凍融循環交替過程中，則會導致墩臺身發生傾斜，從而使橋面上的鋼軌處于不均勻的凸起和凹陷狀態，使線路高低不平，使火車在運行時的安全無法保障。

二、鐵路橋梁病害的形成原因

1、橋梁基礎類型設計不合理

通常在進行鐵路橋梁基礎設計時，都是采取明挖擴大式基礎，同時以漿砌石或低強度等級混凝土基礎為其結構形式，這就為凍害的發生埋下了隱患。

2、橋梁基礎埋置深度不足

橋梁基礎修建在多年凍土上限或季節凍土的最大凍深處的土層以上，這些土層經過施工擾動后，其承載力要比天然情況下降很多。隨季節氣溫變化而墩臺基礎發生凍起或下沉，經過幾個凍融循環后，凍害問題暴露出來。

3、橋梁基礎施工方法不當

橋梁工程一般都選在夏季施工，此時基坑敞開、凍土受太陽暴曬，灌注混凝土硬化時又釋放出大量水化熱，人為地破壞了橋位處的天然植被條件，橋梁基礎的熱傳導比較大，從而增加了地場的熱擾動，破壞了凍土的天然穩定狀態，使多年凍土上限慢慢地退化而下沉。多年運營后，凍土熱融退化，地基出現下沉，待凍土人為上限穩定后，在上限范圍的基礎土層，受季節影響，隨著氣溫變化而出現了入冬凍起、明春融化下沉的循環過程。

三、寒冷地區鐵路橋梁病害的整治措施

1、設置隔水隔溫層

在墩臺基礎四周包裹2層20mm厚PE防水板，再鋪設爐灰渣覆蓋保溫的措施，鋪設黏砂土作為隔水層。由于爐灰渣的導熱系數小，經過篩選的爐渣，孔隙率大，本身并不凍脹，有效地解決了凍害。

2、改變基礎結構形式

為減少橋梁基礎結構的側面積，以達到減少或削弱嚴寒地區凍土對基礎的凍脹力，根據凍土地基切向凍脹力檢算，通過適當加大墩臺基礎的截面積來增加墩臺結構的實體質量，把橋梁基礎由臺階式改為圓錐形式，可以獲得增大抗凍脹力的效果。

3、采用物理化學綜合整治措施

為預防基礎凍脹，減少凍土對基礎的擠壓力或直接防止土體的凍脹，采取在橋梁基礎四周表面涂刷厚瀝青漆或黃油的辦法來處理凍土范圍內的基礎，改變了土體與橋梁基礎接觸面的性質，并在回填土壤中摻加適量的食鹽，使土壤改變為鹽漬土，以加大土中水鹽溶液的含量而降低土的凍脹溫度。

4、采用鉆孔樁基礎

這種方法可以將樁底深入到多年凍土下限以下，這樣凍土的消融循環則不會對樁基產生什么影響，減少了凍害發生的隱患，對防治凍害的發生起到了非常重要的作用。

5、換填非凍脹土

選用優良的非凍脹材料砂夾卵石換填到最大凍結線以下150cm，這樣在橋梁凍結深度范圍內換填非凍脹砂夾碎石來代替凍脹土，從而減少了基底凍土對基礎的凍脹作用。這種辦法簡單可行，整治效果明顯。

四、結語

隨著國家對鐵路調速頻率的加快，現有橋梁鐵路難以滿足實際運行的要求，尤其是地處寒冷區域的鐵路橋梁。與此同時，由于寒冷地區土壤凍融的特殊性，導致鐵路橋梁病害嚴重，所以加強該地區內的鐵路橋梁日常維護工作的力度，徹底根治鐵路橋梁病害，對于保證鐵路運營的安全具有十分重要的意義。

參考文獻

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