探究鐵路橋梁病害在寒冷地區(qū)產(chǎn)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(fā)展對于提升我國經(jīng)濟(jì)發(fā)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(chǎn)生的原因加以分析，從而總結(jié)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(qū)鐵路橋梁病害的種類為切入點(diǎn)，對鐵路橋梁病害的形成原因進(jìn)行分析，從而總結(jié)出寒冷地區(qū)鐵路橋梁病害的整治措施，以供相關(guān)專業(yè)人士借鑒與分析。

關(guān)鍵詞： 鐵路橋梁；病害；寒冷地區(qū)；治理

我國北方在較長一段時(shí)間內(nèi)會比較寒冷，并且具有較大的凍土面積，從而導(dǎo)致土質(zhì)結(jié)構(gòu)存在較強(qiáng)的不穩(wěn)定性，而且地下水資源較為充沛，進(jìn)而在一定程度上增加了橋梁病害發(fā)生的幾率。與此同時(shí)，有著經(jīng)濟(jì)大動脈之稱的鐵路不僅負(fù)責(zé)貨物的運(yùn)輸，而且需要承擔(dān)人們?nèi)粘３鲂械男枨?，并且隨著鐵路運(yùn)行速度的不斷提升，極大的增加寒冷地區(qū)鐵路橋梁病害發(fā)生的概率，威脅該區(qū)域的鐵路運(yùn)營安全。因此，對寒冷地區(qū)鐵路橋梁所出現(xiàn)的病害情況進(jìn)行分析，從而制定有針對性的維護(hù)措施，進(jìn)而保證鐵路橋梁的運(yùn)營安全。

一、寒冷地區(qū)鐵路橋梁病害的種類

1、基礎(chǔ)不均勻凍起

基礎(chǔ)不均勻凍起通常會發(fā)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(jié)時(shí)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(gè)月時(shí)間內(nèi)的發(fā)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(fā)生的位置也與基礎(chǔ)不均勻凍起的土質(zhì)情況一樣，通常會在春季土壤開始融化時(shí)開始，土壤融化會導(dǎo)致大小不一的沉陷發(fā)生，這樣處于墩臺位置的土壤開始融化時(shí)，墩臺則會隨著外界氣溫的升高而發(fā)生下沉，由于各墩臺所處的土壤結(jié)構(gòu)不一樣，所以各點(diǎn)的下沉量也是不同的。鐵路橋梁的墩臺每年在入冬時(shí)開始凍起，然后在春季融化后開始下沉，這樣長期的往復(fù)循環(huán)，加快了凍害的發(fā)展，使墩臺橫、縱面產(chǎn)生不同程度的傾斜，從而導(dǎo)致線路不平，鋼軌呈現(xiàn)起伏扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)，影響鐵路運(yùn)營的安全。

3、墩臺松動斷裂，混凝土嚴(yán)重腐蝕

當(dāng)墩臺修建在季節(jié)凍層最大凍深或是多年凍土上限以上時(shí)，通常會導(dǎo)致墩臺的基礎(chǔ)出現(xiàn)凍裂的情況，而在凍裂處則會有水浸入或是結(jié)冰的情況發(fā)生，從而使墩臺的混凝土受到嚴(yán)重的腐蝕，呈現(xiàn)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(fù)作用下，墩臺基礎(chǔ)不穩(wěn)，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(chǎn)生移位的現(xiàn)象，這樣就會導(dǎo)致與基礎(chǔ)的接縫處有裂紋的產(chǎn)生，嚴(yán)重的則會出現(xiàn)錯(cuò)臺、斷裂的情況。這種由于凍害所產(chǎn)生的裂縫有發(fā)生在表面的，也有深入墩臺內(nèi)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(chǔ)處地下水較多，這樣當(dāng)基礎(chǔ)埋深不足時(shí)，在基礎(chǔ)的反復(fù)凍融循環(huán)交替過程中，則會導(dǎo)致墩臺身發(fā)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(tài)，使線路高低不平，使火車在運(yùn)行時(shí)的安全無法保障。

二、鐵路橋梁病害的形成原因

1、橋梁基礎(chǔ)類型設(shè)計(jì)不合理

通常在進(jìn)行鐵路橋梁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，都是采取明挖擴(kuò)大式基礎(chǔ)，同時(shí)以漿砌石或低強(qiáng)度等級混凝土基礎(chǔ)為其結(jié)構(gòu)形式，這就為凍害的發(fā)生埋下了隱患。

2、橋梁基礎(chǔ)埋置深度不足

橋梁基礎(chǔ)修建在多年凍土上限或季節(jié)凍土的最大凍深處的土層以上，這些土層經(jīng)過施工擾動后，其承載力要比天然情況下降很多。隨季節(jié)氣溫變化而墩臺基礎(chǔ)發(fā)生凍起或下沉，經(jīng)過幾個(gè)凍融循環(huán)后，凍害問題暴露出來。

3、橋梁基礎(chǔ)施工方法不當(dāng)

橋梁工程一般都選在夏季施工，此時(shí)基坑敞開、凍土受太陽暴曬，灌注混凝土硬化時(shí)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(chǔ)的熱傳導(dǎo)比較大，從而增加了地場的熱擾動，破壞了凍土的天然穩(wěn)定狀態(tài)，使多年凍土上限慢慢地退化而下沉。多年運(yùn)營后，凍土熱融退化，地基出現(xiàn)下沉，待凍土人為上限穩(wěn)定后，在上限范圍的基礎(chǔ)土層，受季節(jié)影響，隨著氣溫變化而出現(xiàn)了入冬凍起、明春融化下沉的循環(huán)過程。

三、寒冷地區(qū)鐵路橋梁病害的整治措施

1、設(shè)置隔水隔溫層

在墩臺基礎(chǔ)四周包裹2層20mm厚PE防水板，再鋪設(shè)爐灰渣覆蓋保溫的措施，鋪設(shè)黏砂土作為隔水層。由于爐灰渣的導(dǎo)熱系數(shù)小，經(jīng)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(chǔ)結(jié)構(gòu)形式

為減少橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的側(cè)面積，以達(dá)到減少或削弱嚴(yán)寒地區(qū)凍土對基礎(chǔ)的凍脹力，根據(jù)凍土地基切向凍脹力檢算，通過適當(dāng)加大墩臺基礎(chǔ)的截面積來增加墩臺結(jié)構(gòu)的實(shí)體質(zhì)量，把橋梁基礎(chǔ)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(xué)綜合整治措施

為預(yù)防基礎(chǔ)凍脹，減少凍土對基礎(chǔ)的擠壓力或直接防止土體的凍脹，采取在橋梁基礎(chǔ)四周表面涂刷厚瀝青漆或黃油的辦法來處理凍土范圍內(nèi)的基礎(chǔ)，改變了土體與橋梁基礎(chǔ)接觸面的性質(zhì)，并在回填土壤中摻加適量的食鹽，使土壤改變?yōu)辂}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(chǔ)

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(huán)則不會對樁基產(chǎn)生什么影響，減少了凍害發(fā)生的隱患，對防治凍害的發(fā)生起到了非常重要的作用。

5、換填非凍脹土

選用優(yōu)良的非凍脹材料砂夾卵石換填到最大凍結(jié)線以下150cm，這樣在橋梁凍結(jié)深度范圍內(nèi)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(chǔ)的凍脹作用。這種辦法簡單可行，整治效果明顯。

四、結(jié)語

隨著國家對鐵路調(diào)速頻率的加快，現(xiàn)有橋梁鐵路難以滿足實(shí)際運(yùn)行的要求，尤其是地處寒冷區(qū)域的鐵路橋梁。與此同時(shí)，由于寒冷地區(qū)土壤凍融的特殊性，導(dǎo)致鐵路橋梁病害嚴(yán)重，所以加強(qiáng)該地區(qū)內(nèi)的鐵路橋梁日常維護(hù)工作的力度，徹底根治鐵路橋梁病害，對于保證鐵路運(yùn)營的安全具有十分重要的意義。

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