北方冻土地区铁路病害桥整治分析

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1、北方冻土地区铁路病害桥整治分析中铁第五勘察设计院集团有限公司东北分院桥隧所黑龙江哈尔滨150000摘要：阐述牙林铁路线K268+433潮义河既有铁路桥病害情况，对季节性及永久性冻土地区既有铁路桥墩台及基础冻害原因进行分析，提出对北方冻土地IX铁路桥梁基础设计的优化方案及施工措施。关键词：冻土地区铁路桥病害原因分析；桥梁基础优化设计方案；施工措施一.工程病害情况牙林线K268+433潮叉河既有病害桥位于内蒙古自治区根河市境内，始建于1952年，基础为薄壁沉井基础，圆端形实体桥墩。该桥于2000年6月17日列为长期慢行路段，限速25km/h。2007年哈局委

2、托我院对木桥进行原位新建设计。根据哈尔滨铁路周工务处1999年《关于对牙林铁路线K268+433潮叉河病害桥情况》报告，既有铁路桥主要病害为：1号墩沉井横向断裂，并出现竖向裂纹。2号墩横向振幅严重超限，墩台身竖向裂纹。1、2、3号墩台身和基础混凝土腐蚀严重，劣化等级达到AA级。以上病害均己威胁到行车安全。决定采取拆除既有病害桥，原址新建铁路桥方案。二•气象根河市属寒温带湿润型森林气候，年平均气温为一7°O-一4°C,年降水量在300mm〜450mm之间，气候特点是冬季漫长，夏季短暂。按影响铁路工程气候分区划分，木区属严寒地区。三.冻土深度段落划分季节冻土

3、：最大季节冻结深度为3.5m（冻结上限）。永久冻土：木桥处于岛状融区冻土区。四.工程地质特征勘察深度内揭示地层为第四系全新统冲积层（Q4al）,岩性为粉质黏土（强冻胀土）、粗、细圆砾土、含圆砾粉质黏土（该层局部为冻结状态）、火山角砾岩。三.病害原因分析1.1号墩沉井横向断裂，并出现竖向裂纹本桥为山区河流，桥梁1#墩基础冲刷严重，水流冲刷导致河床严重下切。1#墩薄壁沉井基础横向断裂，原因为沉井基础内外介质不一致冻胀产生水平冻胀力挤压所致，表现为薄壁沉井基础横向断裂，同吋由于基础埋深不足，冻胀产生切向和法向冻胀力导致基础失稳、倾斜。墩身混凝土受拉导致墩身横向

4、、竖向裂纹交织。2.2号墩横向振幅严重超限，墩台身竖向裂纹。综合分析本桥2号墩身病害裂纹为冻胀变形所产生的裂纹。沉井基础受冲刷后，基底埋深不足，每年冬季基底冻胀产生法向冻胀力使基础被冻起，夏季融沉下落，多年反复导致基础不均匀沉降，墩台混凝土基础承载力下降，基础失稳倾斜。表现为墩台冻起、失稳、混凝土产生竖向裂纹，桥墩整体性受到破坏，横向振幅超限。3.1、2、3号墩台身和基础混凝土腐蚀严重，劣化等级达到AA级。本桥为严寒地区冻融环境下桥梁，始建于上世纪50年代，所处地区温差、湿度差较人，墩台混凝土基础受温度、湿度、冻融破坏导致混凝土强度降低。表现为墩台表面严

5、重腐蚀露白浆，用手指即可搬下碎块。四.病害桥基础优化设计方案结合气候、地质、水文及施工条件，新建桥采取如下优化设计方案解决冻胀发生：1.采用桩基础选用直径1.25m钻孔灌注桩穿越永久冻土层，桩尖位于弱风化火山角砾岩中。解决因扰动多年冻土产生的桩基础不稳定问题。1.墩台承台埋深及冋填墩台承台同吋考虑冲刷及最人季节冻深影响，将承台底部设置于最人季节深度以下0.25m;并将局部冲刷考虑之内，承台采用六面配筋加强整体性，承台侧向冋填级配碎石，预防季节冻土冻胀发生。2.桩与承台连接处桩基深入承台深度15cm处设置双层钢筋网，增强桩与承台的连接强度。3.材料等级选取

6、(1)混凝土：抗冻融循环次数要求达到200次，新建桥桩基础、承台及部分桥墩均属于严寒II频繁接触水环境(D2环境)，混凝土选用C40。最小胶凝材料用量不小于320kg/m³，且最大水胶比不大于0.45.(2)细骨料：为保障混凝土不至于发生碱-骨料反应膨胀破坏，骨料砂浆棒膨胀率不得大于0.20%，并根据细骨料及碱骨料相关检验方法进行检验。性能满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005/2010相关要求。(3)粗骨料：粗骨料应选用粒形良好、质地坚固、线胀系数小的洁净二级或多级级配骨料混配而成，骨料性能满足《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB

7、10005/2010相关要求。三.施工措施1.钢护简的制作与安装为解决桩周上部冻土暴露融化，滑桶，护筒埋设采用内外双钢护筒。外钢护简制作吋按直径较桩径大30cm〜40cm制作，内钢护简按照较直径大10cm制作。为减小冻胀和热融引起切向力对桩的影响，内护简外侧涂10mm渣油，iL其底部要埋入冻结上限以下0.5m。2.钻机选择新建桥地质主要为粉质黏土、粗、细圆砾土、及风化的火山角砾岩。施工难点在于弱风化的火山角砾岩钻进，建议采用嵌岩钻头的旋挖钻机钻孔。考虑中密角砾土钻进中存在塌孔可能性，为保证施工安全，建议采用静态泥浆护壁进行钻进。1.混凝上浇筑浇筑混凝土吋

8、应分段分层连续进行，浇筑层高度应根据混凝土供应能力、一次浇筑方量、初凝吋间、结构