淺談高速鐵路涵洞凍融病害成因及相應防治措施

劉斌 劉博

新時期我國高速鐵路里程不斷增長，線網不斷增多，隨著高速鐵路服役年限不斷增加，涵洞病害日趨顯著，并已嚴重危及到行車安全。

高速鐵路涵洞除受結構荷載、地形與地基、施工質量等影響導致病害外，還受到特殊地域條件的影響，如處于東北等嚴寒地帶的鐵路涵洞將受到凍融環境的影響，并且由于凍融病害具有反復發生、不易修整等性質，施工過程中應提高防范意識，及時消除隱患。下面就新建敦化至白河鐵路工程DBSG-2標段涵洞工程做凍融病害原因及防治措施分析研究，為以后的設計施工提供借鑒與參考。

1 ?線路概況

新建敦化至白河鐵路工程DBSG-2標段隸屬敦白鐵路客運專線，位于吉林省東部的延邊朝鮮族自治州境內，地處嚴寒地區，沿線地下水類型主要有第四系孔隙潛水及基巖裂隙水、裂隙巖溶水三種類型。在冰凍季節，土中水分受大氣負低溫影響凍結，使土凍結成凍土。通過查閱相關資料得知延邊地區土壤最大凍結深度為1.98m，屬季節性凍土。

2 ?涵洞凍融病害特征

標段全線涵洞采用鋼筋混凝土框架結構形式，當涵洞基礎埋深較淺時，冬季各節涵身在凍脹力的作用下產生不均勻隆起，涵身產生變形、裂隙;在消融期，凍脹力消失，涵洞產生不均勻沉降。

3 ?涵洞凍融病害原因

涵洞凍融病害主要由于涵洞基底中水分在冬季負溫影響下發生凍結，產生凍脹力，導致基底隆起及在春融期間凍結融化，凍脹力消失，導致基底下沉。由此可知，除嚴寒等天氣因素外導致涵洞發生凍融病害的最主要的因素為涵洞基底中存在的水分，水分存在越多凍脹量越大，反之凍脹量較小。涵洞凍害表現的大小與涵洞基底存在的水量大小有關外也與地下水位的高低有關，當地下水位距基底較近時，則凍脹量大，反之凍脹量較小。如果地下水位在凍期中下降不多，其本身凍脹很大，當水位又處在水分遷移的距離內，則凍害在冬期末也還能向上凍脹。

所以，在設計及施工過程中做好對水的防控措施，是確保涵洞質量保持長久的關鍵。

4 ?涵洞病害防治措施

4.1 ?涵洞地基的勘察與設計

地質勘察過程中，應根據不同的地質條件制定不同的勘察方案和方法，探明地下水存在的高程、平面位置及附近是否有洪水沖刷涵身基礎的情況，為建設提供真實數據。

設計單位應根據勘察數據及現場實際情況合理設置基底標高及基底處理方式，確保涵洞不發生凍害情況。且在設計過程中將涵洞基礎置于凍結深度界線以下是防止凍害的有效途徑之一。

4.2 ?施工過程中管控

施工過程中可采取不同的方法對凍害進行預防，主要包括：換填法、物理化學方法、保溫法等。

1）換填法

換填法即用換填碎（卵）石處理涵洞基礎凍害，它不受各種凍脹性敏感的土及其厚度限制，不受含水量限制，不受地下水位限制，是一種應用范圍較廣，使用效果較好的方法。在強凍脹和特強凍脹地基中，涵洞基礎可用換填瀝青砂或砂夾碎石的方法防治凍害，由于瀝青是一種憎水物質，即在低溫狀態下也呈塑性狀態，因此瀝青砂是一種較好的防凍性材料;砂夾碎石造價低廉，施工方便，約束條件較少，是一種較常用的防凍性材料，敦白線大部分涵洞對基底采用砂夾碎石處理。

2）物理化學方法加強管控

物理化學法有多種，主要原則為通過一定物理化學手段改良原狀土，一般常用的方法主要有人工鹽漬化法、使用憎水物質法和使土顆粒聚集或分散法三種方法。人工鹽漬化法是指向土體中加入一定量的可溶無機鹽類，如氯化鈣、氯化鉀、氯化鈉等，使之成為人工鹽漬土。使用憎水性物質使地基土改良方法，是指在土中摻少量憎水性物質，如石油產品，使土顆粒表面具有良好憎水性，減弱或消除地表水下滲和阻止地下水上升，使土體的含水量減少，進而削弱土體凍脹及地基土與建筑物間的凍結強度。為防治涵洞基礎在側表面切向凍脹力下上抬，可在其基礎側表面鋪設一定厚度的憎水土，其厚度一般在15cm至25cm左右。

3）保溫法

保溫法是指在建筑物基礎底部或四周設置隔熱層，增大熱阻，以推遲地基土的凍結，提高土中溫度，減少凍結深度，進而起到防治凍脹的一種方法。隔熱層材料種類豐富，如爐渣、柴草、樹皮、陶塊、泡沫混凝土、玻璃纖維、聚苯乙烯泡沫、陶粒混凝土等。保溫法是防治凍脹的有效方法之一，它所用的保溫材料來源廣泛，造價低廉，具有使用壽命長，運輸和施工方便等特點。

4.3 ?運營過程中管控

運營過程中，對過水涵洞附近上、下游的工程設施應加強日常巡查，并及時溝通協調處理，避免排水通道的堵塞，引起涵洞積水，導致凍融病害的發生。

5 ?注意事項

1）橋涵基底一般置于凍結深度以下，如基底不滿足該要求時，及時與設計單位溝通解決。

2）施工時加強排水措施，避免涵洞基礎底面低洼，積水后形成凍脹危害。涵洞擋、翼墻設排水管，嚴格按設計要求施工，避免墻后積水，引起凍脹。

3）施工完成后，過水涵洞內務必回填原狀土，并與原天然溝渠順接，保證排水暢通，回填土需分層碾壓。

6.結語

隨著交通運輸事業的迅速發展，在我國北方寒冷季節性凍土地區修建了大量的涵洞工程。由于工程技術人員在當時沒有認識和掌握季節性凍土的自然規律，以及未能相應采取防治凍脹措施，致使許多涵洞出現凍害。它嚴重地影響了正常交通，危害了人民生命和財產的安全，給國家造成經濟損失。后續工程建設過程中，設計與施工單位需不斷豐富和積累經驗，有效指導設計和施工，以減少涵洞凍融病害的發生。