寒區(qū)水文測橋基礎(chǔ)凍害破壞原因及防治措施

曹偉征，王 茜，王金艷

（佳木斯水文局，黑龍江佳木斯 154002）

1 前言

水文測橋是進(jìn)行水文測驗作業(yè)的工作橋。普通水文測橋兩岸基礎(chǔ)多采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋面多為鋼結(jié)構(gòu)。在主槽河寬較窄的中小河流上建設(shè)水文測橋，能大大提高水文流量測驗的安全性，改善水文測驗質(zhì)量。水文測橋結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計時由于未考慮到凍害因素，受凍害影響往往造成水文測橋橋墩混凝土基礎(chǔ)上拔、傾斜、橋面起拱等現(xiàn)象，致使水文測橋不能正常使用。以孟家崗（北）水文站水文測橋為例進(jìn)行分析。

孟家崗（北）水文站位于黑龍江省樺南縣孟家崗鎮(zhèn)，是黑龍江流域倭肯河水系北柳樹河中游控制站，集水面積136 km2。測驗河段1975年人工改道比較順直，長300 m，復(fù)式斷面，主槽寬12 m，北柳樹河屬山溪性河流，水勢陡漲陡落，中高水?dāng)嗝嬗袥_淤變化和坍岸現(xiàn)象，水位流量關(guān)系復(fù)雜。主槽采用橋測法施測流量，水文測橋建于1978年，測橋兩岸基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋面為鋼結(jié)構(gòu)，左岸橋墩向河中心方向傾斜嚴(yán)重，水文測橋存在一定的安全隱患。

2 凍害破壞原因分析

孟家崗（北）水文站所在地為季節(jié)性凍土區(qū)，土體表層存在一層冬凍夏融的凍結(jié)——融化層，由于具有特殊的物理力學(xué)特性，在此地區(qū)上修建的建筑物，其穩(wěn)定性必然受到影響。左岸橋墩傾斜原因分析如下：

1）由于受水流沖刷的影響，使橋墩靠近水邊的一側(cè)土體逐漸減少，橋墩除受切向凍脹力作用外，還將受到坡面上下兩側(cè)不均勻水平凍脹力的作用。

2）橋墩基礎(chǔ)混凝土尺寸小，自重小，再加上橋墩基礎(chǔ)埋深不夠，基礎(chǔ)底部位于凍結(jié)線之上，橋墩基礎(chǔ)周邊除受凍切力作用外，其底部還將受到法向凍脹力作用;橋面荷載、橋墩自重不足以抵抗凍脹力作用時，橋墩基礎(chǔ)便產(chǎn)生凍脹上抬。

在切向凍脹力作用下，橋墩基礎(chǔ)抗凍穩(wěn)定條件是：

式中：P為結(jié)構(gòu)恒荷載，kN;G為基礎(chǔ)自重，kN;Fτ為基礎(chǔ)所受總極限摩阻力∑Fi，kN;∑Fi為除 P、G、Fτ以外基礎(chǔ)所受的其它阻拔力，kN;Kτ為安全系數(shù)，一般取1.2;T為基礎(chǔ)所受的總切向凍脹力，kN。

3）由于橋墩基礎(chǔ)兩側(cè)含水量條件不同，左側(cè)橋墩接近過水部分地基土壤含水量大，作用于基礎(chǔ)左側(cè)的水平凍脹力和切向凍脹力大于右側(cè)，在兩側(cè)不平衡力作用下使墩基礎(chǔ)向右傾斜。

圖1 孟家崗水文站測橋示意圖

3 凍害防治措施

1）基礎(chǔ)底面應(yīng)置于最大凍深以下，使基礎(chǔ)底面免受法向凍脹力影響。

2）換填：將橋墩基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)的凍脹性土換填為非凍脹的砂、卵石、碎石、瀝青渣油砂等。換填范圍應(yīng)為橋墩直徑的2～3倍，換填深度應(yīng)等于0.67～1.0倍的最大凍深，換填時應(yīng)注意控制換填砂卵石中含泥量及細(xì)粒土含量，換填的沙礫石在飽和水條件下要有排水出路。

3）保溫法：用PS保溫板覆蓋在橋墩混凝土基礎(chǔ)的側(cè)表面，使之在基土中造成水平方向的溫度梯度，水分遷移向離開基礎(chǔ)方向發(fā)展，凍脹強(qiáng)度降低，凍深減小，從而達(dá)到減輕或防止凍拔的目的。

4）活性劑油涂抹基礎(chǔ)側(cè)面：橋墩基礎(chǔ)混凝土表面涂以渣油，大大減少橋墩側(cè)面與凍土之間的凍結(jié)力，防止橋墩基礎(chǔ)凍拔。

4 結(jié)束語

通過對孟家崗（北）水文站老測橋橋墩傾斜原因的分析，該站水文測橋于2003年重新進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計中充分考慮了減少水文測橋橋墩基礎(chǔ)免遭凍害破壞的因素和凍害防治措施，施工過程中嚴(yán)格按設(shè)計施工，經(jīng)過幾年的運(yùn)用，該站水文測橋的基礎(chǔ)未發(fā)生凍拔、傾斜等現(xiàn)象，抗凍拔效果良好。

[1]譚志偉，楊革.水工建筑物凍害防治技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱地圖出版社，1998.