桩柱基础冻害防治措施初探

枋往　
我国北方地区建筑物都普遍存在严重的冻害问题。特　
别是水利工程中以桩柱为基础的桥梁渡槽等极易受冻害。　
使建筑物在冻胀力的作用下产生不同形式的冻融破坏。笔　
者结合本地实际，通过调查观测，根据冻害对桩柱基础结　构的破坏特征和成因，提出在设计和施工中的一些建议。　一、桩柱基础建筑物的冻害破坏特征　桩柱基础在水利工程中多用于桥梁、渡槽等水工建筑　物。桩的形式主要有摩擦桩、爆扩桩和其它形式的扩孔　桩。柱基础多采用柱下连续板或独立板形式，寒冷地区桩、　柱基础桥和渡槽的冻害相当普遍，其冻害特征表现如下：　（一）沿纵向在立面上呈“罗锅形”　在地基土的冻胀作用下。桩、柱基础常常被不均匀的　拔起来，通常沟（渠）较深。夏季过水部分对应的桩柱上拔　量大。据观测每年冻拔约１０　ｃｍ左右，而越往沟渠两侧上　拔量越小。边桩或柱一般不产生冻拔现象。对称横断面沟　渠：　冻拔后桥面呈对称“罗锅形”　（如图一所示）。非对　称横断面沟渠、桥面呈非对称“罗锅形”　（图二所示），　明显表现出下凹上凸和近水桩柱上拔量犬的。这是由于同　一土质条件下，近水体含水量大冻胀性也大造成的结果。　秆　图一正对称罗锅形桥　图二非对称罗锅形桥　（二）沿纵向在平面上呈折曲形　ａＨ　图三桥面倾斜　同一排桩或柱有时冻　拔上抬量不等。一般向阳　面冻拔上抬量小于背阳面　冻拔上抬量，向阳和背阳　面桩柱冻拔上抬量不等，　方面使桥面产生倾斜。　另一方面则使桥在平面上　呈折曲形（如图三所示）。　（三）上抬量逐年累积和加剧　桩基础一旦产生冻拔。则不易制止。桩拔出后不能恢　复原位，冻拔量将逐年累积。由于埋入土中部分不断减　少．冻拔则遂年加剧，一直到由于上抬量过大使桥或渡槽　失去运营条件或大部分拔出后导致上部桥面或渡槽落架破　坏为止。如青冈县芦河涝区立志桥、胜利灌区火烧桥均为　此种现象的冻害破坏。　二、桩柱基础建筑物的冻害破坏原因　寒冷地区桩、柱基础建筑物的冻害主要是由于各种冻　・３０・　臣　胀力作用的结果。以摩擦桩为例，摩擦桩又称灌注桩，是　当前桥梁工程普遍采用的一种桩基础形式。摩擦桩主要是　靠桩与土间的摩擦力来承受上部荷栽。同时摩擦力也起抗　冻拔作用。在非冻土地区，桩基的埋置深度主要是根据地　
基承栽能力确定的。其截面尺寸和配筋主要是根据上部荷　
栽。如恒栽、车荷栽等来设计的。在冻土地区，摩擦桩的　
设计除应满足上述要求外。还应满足在地基上切向冻胀力　
作用下建筑物整体稳定和桩本身的强度要求，在季节冻深　
较大地区，后者往往是桩深设计和钢筋配置数量的控制条　
件。。　
摩擦桩的冻害破坏主要是受切向冻胀力作用的结果。　
大致可分为下面三种原因：　．　
（一）由于桩的入土深度　
小。其上部荷戢、桩身及桩　
与未冻土间的摩擦力不足以　
平衡纵切向冻胀力（又称冻拔　
力），而产生整体上抬。可用　
下面公式表示（如图四所　
示）。　

地ｌ自ｆ线　ｌｌ　
冻层　。ｌ　

‘　士ｆ　Ｊｆ　
１　．　

图四整体冻拔　
Ｐ＋Ｇ＋Ｄ（Ｈ　Ｈｆｆ，＜ＤＨｆ　ｃｒ，　

式中：Ｐ为桩柱盖粱以上荷栽，吨；Ｇ为桩柱（包括盖　
粱）身重。吨；Ｄ为桩柱直径，米；Ｈ为桩柱入土深度．　
米；Ｈｆ为冻层深度。米；ｅ为极限摩擦力，吨／米；Ｅｒ　
为切向冻胀力。吨／米。　
（二）在切向冻胀力作用下，桩截面尺寸或配筋不满　
足抗拉强度要求。造成断桩。断桩位置多发生在最犬冻拔　
力截面或断筋截面（如图五、六所示）。青兴公路于家店　
后沟桥中桩即在最大冻拔力截面拔断而导致破坏。　

地面线　ｌ　０　
冻层　：　

士　Ｆ　拔断　
１　
图五最大冻深处拔断　
（三）桩间设置的联系粱　
置于冻土层内或地表，桩基础　
在切向冻胀力和联系梁下法向　
冻胀力联合作用下产生上抬　
（如图七所示）。　
（四）桩的冻拔有时还因　
施工不当造成。钻孔壁不规　
整，在冻层内浇注的桩径大小　

图六断筋处拔断　
ｉｔＪｉ　Ｊ＂　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　Ｉ　．　
图七联系梁置冻层内　

｝｝；　｝　｝

维普资讯 http://www.cqvip.com
不等时，将使作用于桩的切向冻胀力增加，也可能导致断　桩或整体上抬；桩径接近地表处由于施工堆入的混凝土没　有度时清除或接桩时错位。结果在地表处桩径加大形成大　头起了助拔作用；在灌注中由于施工不当，造成断桩而引　起上抬破坏。　三、桩柱基础建筑物冻睿防治措施　防治建筑物冻害的方法有多种。但可归蚋为两种基本　方法：一是增强建筑物抵抗和适应冻融变形能力的措施，　称结构措施；二是清除或削减冻因措施，称地基处理措　施。　（一）结构措施　季节性冻土地区的桩柱基础建筑物，应根据重要程　度，年限运用条件及结构特点，根据土体冻胀规律厦建筑　物所在地点的土质、气侯、水分等。在设计中采用不同的　设计原则和防冻害措施。在寒冷地区深桩基础除应满足承　栽能力外。还应满足抗冻拔稳定的要求，而后者往往是　控制条件。按照设计规范的要求准确确定桩深、桩径、配　筋等，　以使建筑物在冻融条件作用下安全稳定的远行。　（二）地基处理措施　消除和削弱冻因的措施主要有以下几种：即换填法、　物理化学法、保温法、排水隔水法和隔离法等。但换填法　和排水隔水法在桩柱基础中极少采用。本文主要介绍另几　种方法：　１．物理化学法：是指在地基土中采用人工方法来改变　土体的交换离子成分和盐分。　以改变土粒子与水之间的　相互作用。利用钾盐钠盐使地基土盐渍化，使土体中的水　分迁移强度度冰点发生变化，从而达到削弱冻胀的目的。　Ｊ　护层　盐渍上　冻结线　。ｌ５ｏ￣２ｏ０　ｃｌ　ｌ—　ｌ　图八盐溃土衬砌　主要有人工盐渍化改良土。用　憎水物质改良土等方法。在人　工盐渍化抗冻胀措施中。较多　采用氯化钠（Ｎａｃ１）￣掺入的　盐分，一般情况在亚粘土中可　按重量比加入２％一３％的氯　盐。填入基坑的盐渍化土需经　仔细务实。并要求其表面用防　水层保护起来，　以减少淋漓　作用（如图八）。　用憎水性物质使地基土改良方法。是在土中掺少量憎　水性物质。使土颗粒表面具有良好憎水性，减弱或消除地　表水下渗和地下水上升。使土体　含水量减少。进而削弱　图九憎水土衬砌　土体冻胀及地基土与建筑物　间的冻结强度。通常用石油　产品或副产品如柴油、液态　石油沥青等掺到土中制作憎　水土。柴油占土重的６％左　强　右。一般在桩柱基础冻深部　分侧表面铺设１５—２５　ｃｍ的　憎水土分层填筑并夯实（如　图九）。　物理化学法是防治冻胀的　有效方法之一，这种方法简单易行。材料来源广泛．也比　
较经济，但主要缺点是有效期短，应每隔４—６个冬季。　
就需要加一次盐，　以补充被浴淋掉的盐分，进而保持防　
冻胀的连续性。　
２．保温法。是指在桩柱基础四周设置隔热层．增大热　
阻，以推迟地基土的冻结，提高土壤温度，减少冻结深　
度，进而起到防止冻胀的一种方法。保温法用来作为隔热　
的材料是相当多的，如柴草、草皮、树皮、炉渣、陶块、　
泡沫混凝土、玻璃纤维、聚苯乙烯泡沫等等。在某些条件　
下。甚至像冰、雪等亦可做为隔热材料。例如聚苯乙烯泡　
沫做为隔热屡在水利工程基础防冻胀中经常被利用，　
据有关试验资料介绍，１　ｃｍ厚的泡沫塑料保温层相　
当于１４　ｃｍ厚填土的保温效果。桩柱基础的隔热层设　
置（如图十）。这种设置可以提高冻结温度。可以改　
变水分迁移方向，减少桩柱基础附近的冻结强度．　
从而减少作用于基础侧表面的切向冻胀力值。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。　
３．隔离法是指在基础与　
周围土质问采用隔离的一　
种回避措施。使基础侧表　
面与土之间不产生冻结作　
用（即不产生冻结力）。进而　
消除切向冻胀力对基础的　
作用。桩柱基础常用的是　图十隔热保温法示意图　

在基础侧表面涂（贴）料的隔离方法。就是采用收敛性不冻　
材料度憎水材料。涂刷（贴）基础诛层内的侧表面，用来涂　
刷（贴）的材料有：树脂　黑油、枸油、原油、沥青玛蹄脂、　
聚乙烯薄膜等。青冈县胜利灌区兴华西沟桥（１９９４年建），　
桥基础的板桩结构及劳动涝区韩永和干沟长山桥（１９９７年　
建）桥基础的灌注桩结构，笔者在两桥的施工中采用在桩　
周围涂黄油再用油毡纸塑料薄膜包裹的油包桩方法。具体　
施工方法是，在回填前，清除冻层间桩柱表面的杂物脏　
土。然后在桩柱侧表面涂刷　
５—１０ｍ＿ｒｎ的黄油．用油毡纸或　
塑料薄膜包裹一层，再用黄油　
在油毡纸或塑料薄膜上涂刷，　
共用三层油毡纸或塑料薄膜包　
裹，回填时分屡夯筑。同时注　
意不要碰破油毡纸或塑料薄膜，　
以防止措施失效（如图十一）。　
据几年来观测。两桥均未　
发生冻拔上抬，防冻效果良好。　

油　
图十一油包桩示意图　
根据桩柱基础冻害破坏特征和破坏原因。在建筑物的　
设计、施工中。采用防治冻害增强建筑物抵抗和适应冻融　
变形能力的措施及消除或削减冻因措施，才能有效地防止　
冻害对建筑物的破坏。上述方法简单易行、造价低廉、功　
省效宏。可以充分延长建筑物工程的使用寿命。确保建筑　
物工程的安全运行，充分发挥工程效益。　

・
３ｌ・　

维普资讯 http://www.cqvip.com