讷河市灌排渠道农道桥基础破坏原因及防治措施

徐万江，刘洪友，崔润利

（讷河市水务局，黑龙江讷河 161300）

1 农道桥破坏原因

通过对讷河市灌涝区农道桥的多年观测发现，农道桥80%以上都达不到设计寿命，造成了巨大的经济损失。究其原因，主要有3种：①设计资料不全，缺少地质勘察资料对地基承载力不明确;②设计结构形式不合理，缺少必要的抗冻措施，造成桩柱上抬或下沉，冻胀破坏;③施工水平低，施工措施方法不得力，没有达到设计要求，造成断桩（灌注桩施工中，孔壁坍塌导致混凝土中夹泥形成断桩）。在这3个原因中，冻胀破坏是最主要的原因。

2 桩柱冻拔力分析

桩柱冻拔是由作用于桩柱基础侧表面的冻切力产生的。当地基土中的水冻结成冰时，产生一种胶结力，将冻土与基础侧表面牢固的胶结在一起。（胶结力又称冻切力，它与基础材料性质、粗糙程度、土的种类、温度等条件有关。）然后随着基础土产生冻胀时，体积增大，土颗粒间产生相对位移，但基础侧表面与土间的胶结力阻止土粒沿基础侧表面位移，从而产生冻切力，冻结力先于冻切力，并且是冻切力的极限值。切向冻胀力的值参考表1。

当冻土层发生向上冻胀位移时，由于冻层与桩柱冻结在一起，便产生一种使桩柱拔起的力，简称冻拔力。冻拔力的条件式为：

式中：D为桩柱直径;h为冻层深;H为不冻层深;f为土与基础间摩擦力;ζ为冻切力;p为桩柱上部荷载;Q为桩柱自重。

表1 切向冻胀力值参考表

当冻拔力大于大于抵抗冻拔力之和时，桩柱便拔起，反之，桩柱则是稳定的。

3 防治冻拔措施

目前我省防治桩柱冻拔破坏的措施有6种：

1）增加桩柱打入深度进而增大桩柱与土体间总的摩擦力，当摩擦力大于切向冻胀力时，则基础是稳定的;一般地说，当桩柱深度＞16 m时，多数比较稳定。

2）消除或减少冻切力：就是在桩柱周围作各种隔层或涂层，比如涂沥青、油渣来减少冻结力，从而达到减少冻切力的目的。

3）爆破桩基础：利用桩底部的大头加大抗冻拔力，其原理是冻结期能拉住桩柱被拔起，融化期不因融化层承载能力降低而使基础产生不均匀沉陷，现在较少用。

4）在桩柱周围换填砂砾石，减少冻胀力，但在地下水位较高，填料处于饱和状态下，这种方法防止冻拔的效果并不显著，另外造价较高，一般很少用。

5）底梁式结构，利用钢筋混凝土梁将桩柱基础相连以抵抗冻胀力。但这种基础必须埋在土体最大冻深以下，中梁比边梁的基础要深，否则难以达到预期效果。

6）整体式底板，将整个桩柱设在一个整体底板上。

这种结构形式适用于流砂基础或基础范围内全部或部分为软土地基的情况，在讷河市讷南、全胜灌区的干渠基本都是这种地基。为了减少施工难度、不增加工程造价，可以采用这种结构形式。桥梁基础埋在冻层内，讷河市全胜灌区前进农道桥采用了这种结构形式，该桥已建成20 a，经多年观测，该桥没有发生大的变形、沉陷，至今还在使用中。实践证明，这种方法是可行的。

在讷河市灌、涝区农道桥近年来多采用底梁式结构、整体式底板结构，同时在桩柱周围采取换填砂砾石，减少冻胀力，有效地减小了农道桥的变形，加强施工质量的控制，保证施工质量，提高了农道桥的使用寿命。

[1]赵志缙.桥梁基础工程施工[M].北京：中国建筑工业出版社，1996.