浅谈高速铁路涵洞冻融病害成因及相应防治措施

刘斌 刘博

新时期我国高速铁路里程不断增长，线网不断增多，随着高速铁路服役年限不断增加，涵洞病害日趋显著，并已严重危及到行车安全。

高速铁路涵洞除受结构荷载、地形与地基、施工质量等影响导致病害外，还受到特殊地域条件的影响，如處于东北等严寒地带的铁路涵洞将受到冻融环境的影响，并且由于冻融病害具有反复发生、不易修整等性质，施工过程中应提高防范意识，及时消除隐患。下面就新建敦化至白河铁路工程DBSG-2标段涵洞工程做冻融病害原因及防治措施分析研究，为以后的设计施工提供借鉴与参考。

1  线路概况

新建敦化至白河铁路工程DBSG-2标段隶属敦白铁路客运专线，位于吉林省东部的延边朝鲜族自治州境内，地处严寒地区，沿线地下水类型主要有第四系孔隙潜水及基岩裂隙水、裂隙岩溶水三种类型。在冰冻季节，土中水分受大气负低温影响冻结，使土冻结成冻土。通过查阅相关资料得知延边地区土壤最大冻结深度为1.98m，属季节性冻土。

2  涵洞冻融病害特征

标段全线涵洞采用钢筋混凝土框架结构形式，当涵洞基础埋深较浅时，冬季各节涵身在冻胀力的作用下产生不均匀隆起，涵身产生变形、裂隙;在消融期，冻胀力消失，涵洞产生不均匀沉降。

3  涵洞冻融病害原因

涵洞冻融病害主要由于涵洞基底中水分在冬季负温影响下发生冻结，产生冻胀力，导致基底隆起及在春融期间冻结融化，冻胀力消失，导致基底下沉。由此可知，除严寒等天气因素外导致涵洞发生冻融病害的最主要的因素为涵洞基底中存在的水分，水分存在越多冻胀量越大，反之冻胀量较小。涵洞冻害表现的大小与涵洞基底存在的水量大小有关外也与地下水位的高低有关，当地下水位距基底较近时，则冻胀量大，反之冻胀量较小。如果地下水位在冻期中下降不多，其本身冻胀很大，当水位又处在水分迁移的距离内，则冻害在冬期末也还能向上冻胀。

所以，在设计及施工过程中做好对水的防控措施，是确保涵洞质量保持长久的关键。

4  涵洞病害防治措施

4.1  涵洞地基的勘察与设计

地质勘察过程中，应根据不同的地质条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冲刷涵身基础的情况，为建设提供真实数据。

设计单位应根据勘察数据及现场实际情况合理设置基底标高及基底处理方式，确保涵洞不发生冻害情况。且在设计过程中将涵洞基础置于冻结深度界线以下是防止冻害的有效途径之一。

4.2  施工过程中管控

施工过程中可采取不同的方法对冻害进行预防，主要包括：换填法、物理化学方法、保温法等。

1）换填法

换填法即用换填碎（卵）石处理涵洞基础冻害，它不受各种冻胀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，是一种应用范围较广，使用效果较好的方法。在强冻胀和特强冻胀地基中，涵洞基础可用换填沥青砂或砂夹碎石的方法防治冻害，由于沥青是一种憎水物质，即在低温状态下也呈塑性状态，因此沥青砂是一种较好的防冻性材料;砂夹碎石造价低廉，施工方便，约束条件较少，是一种较常用的防冻性材料，敦白线大部分涵洞对基底采用砂夹碎石处理。

2）物理化学方法加强管控

物理化学法有多种，主要原则为通过一定物理化学手段改良原状土，一般常用的方法主要有人工盐渍化法、使用憎水物质法和使土颗粒聚集或分散法三种方法。人工盐渍化法是指向土体中加入一定量的可溶无机盐类，如氯化钙、氯化钾、氯化钠等，使之成为人工盐渍土。使用憎水性物质使地基土改良方法，是指在土中掺少量憎水性物质，如石油产品，使土颗粒表面具有良好憎水性，减弱或消除地表水下渗和阻止地下水上升，使土体的含水量减少，进而削弱土体冻胀及地基土与建筑物间的冻结强度。为防治涵洞基础在侧表面切向冻胀力下上抬，可在其基础侧表面铺设一定厚度的憎水土，其厚度一般在15cm至25cm左右。

3）保温法

保温法是指在建筑物基础底部或四周设置隔热层，增大热阻，以推迟地基土的冻结，提高土中温度，减少冻结深度，进而起到防治冻胀的一种方法。隔热层材料种类丰富，如炉渣、柴草、树皮、陶块、泡沫混凝土、玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫、陶粒混凝土等。保温法是防治冻胀的有效方法之一，它所用的保温材料来源广泛，造价低廉，具有使用寿命长，运输和施工方便等特点。

4.3  运营过程中管控

运营过程中，对过水涵洞附近上、下游的工程设施应加强日常巡查，并及时沟通协调处理，避免排水通道的堵塞，引起涵洞积水，导致冻融病害的发生。

5  注意事项

1）桥涵基底一般置于冻结深度以下，如基底不满足该要求时，及时与设计单位沟通解决。

2）施工时加强排水措施，避免涵洞基础底面低洼，积水后形成冻胀危害。涵洞挡、翼墙设排水管，严格按设计要求施工，避免墙后积水，引起冻胀。

3）施工完成后，过水涵洞内务必回填原状土，并与原天然沟渠顺接，保证排水畅通，回填土需分层碾压。

6.结语

随着交通运输事业的迅速发展，在我国北方寒冷季节性冻土地区修建了大量的涵洞工程。由于工程技术人员在当时没有认识和掌握季节性冻土的自然规律，以及未能相应采取防治冻胀措施，致使许多涵洞出现冻害。它严重地影响了正常交通，危害了人民生命和财产的安全，给国家造成经济损失。后续工程建设过程中，设计与施工单位需不断丰富和积累经验，有效指导设计和施工，以减少涵洞冻融病害的发生。