支擋式結(jié)構(gòu)物水平凍脹力研究進(jìn)展與思考

孫 超，邵艷紅，王寒冬

吉林建筑大學(xué)測(cè)繪與勘查工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130118

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)東北地區(qū)經(jīng)濟(jì)事業(yè)的發(fā)展，凍土地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)逐漸暴露出許多新的問(wèn)題，其中支擋式結(jié)構(gòu)物受到的水平凍脹力問(wèn)題日益引起人們的重視。冬季，隨氣溫降低，土溫下降，作用在支擋結(jié)構(gòu)物后的凍脹敏感性土體發(fā)生凍脹。當(dāng)凍脹土體受到水平方向的約束以后，特別是當(dāng)土質(zhì)、溫度、含水量不同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一定強(qiáng)度的水平凍脹力。過(guò)大的水平凍脹力將引起支護(hù)間隙的土體坍塌、支護(hù)體變形增大、支護(hù)體錯(cuò)斷，甚至造成支護(hù)結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)等嚴(yán)重后果。

水平凍脹力對(duì)于支擋式結(jié)構(gòu)物的危害日益加重，而前人多就此領(lǐng)域內(nèi)的某一內(nèi)容進(jìn)行研究，缺乏系統(tǒng)的分析和綜合論述。鑒于此，本文主要將諸多學(xué)者分散的研究成果進(jìn)行總結(jié)，以加強(qiáng)人們對(duì)支擋式結(jié)構(gòu)物水平凍脹力問(wèn)題的全面認(rèn)識(shí)。

1 水平凍脹力的形成機(jī)理

含水土體凍結(jié)，除土內(nèi)原有水分凍結(jié)以外，還會(huì)伴有未凍水向凍結(jié)鋒面遷移、聚集，引起土中水分重分布和析冰作用。因此，可將土體凍脹分為原位凍脹和分凝凍脹，在無(wú)外界水源補(bǔ)給時(shí)，土體發(fā)生原位凍脹，反之，土體形成分凝凍脹。原位凍脹引起的土體凍脹力較小，可忽略不計(jì)；在工程實(shí)際中，主要考慮的是水分遷移引起的分凝凍脹。

土體凍脹時(shí)，首先是土內(nèi)的液態(tài)水形成結(jié)晶中心，結(jié)晶中心存在于被冷卻液體中各種夾雜物或分子的起伏表面，在溫度比液體結(jié)晶溫度更低時(shí)形成；土體結(jié)晶中心形成后，土體開(kāi)始凍結(jié)，形成冰芽，存在于其四周負(fù)溫區(qū)的水體逐漸向冰芽處移動(dòng)，形成冰晶體；隨土體冷能和孔隙水的不斷增加，凍結(jié)鋒面處的冰晶體逐步擴(kuò)大，引起土顆粒之間的間距增大，外界水源侵入此空隙且結(jié)晶，形成“冰劈”，造成凍土體分成層理，形成不同厚度的冰透鏡體和冰夾層，土體形成凍脹。

在負(fù)溫作用下，支擋結(jié)構(gòu)物填土體形成雙向凍結(jié)狀態(tài)；當(dāng)建筑物約束土體凍脹時(shí)，凍脹土體將對(duì)約束體產(chǎn)生凍脹力。水平凍脹力是作用在建筑物側(cè)表面水平方向的凍脹力。

2 水平凍脹力的國(guó)內(nèi)外研究

1962年，前蘇聯(lián)學(xué)者[1]對(duì)均勻凍脹條件下的樁基礎(chǔ)進(jìn)行了水平凍脹力的測(cè)試研究，結(jié)果表明，當(dāng)土體凍深為0.9～1.0 m時(shí)，水平凍脹力為30～35 MPa；當(dāng)凍深為1.45～1.72 m時(shí)，力值大小為64～66 MPa。20世紀(jì)70年代，日本津田進(jìn)[2]、高田健治[3]針對(duì)渠道側(cè)墻形成的水平凍脹力問(wèn)題進(jìn)行了一系列的測(cè)試研究：1974年，在榥加內(nèi)干渠上，測(cè)得水平凍脹力的分布形式；次年，在北海道的美嘴地區(qū)，得到單薄墻體由于受早晚溫差的影響，凍脹力集中出現(xiàn)在墻體頂部；在北海道實(shí)測(cè)黏土形成的最大水平凍脹力為5.6 kg/cm2[4]。Miller[5]通過(guò)一定設(shè)備測(cè)出了水平凍脹力的數(shù)值，但并未給出水平凍脹力與水平變形之間的相互作用關(guān)系；1978年，Takashi等[6]研究表明，介于冰透鏡體與土顆粒之間不凍水膜的厚度是關(guān)于溫度的函數(shù)，在某一溫度下，水膜厚度將保持不變；Radd等[7]認(rèn)為最大凍脹力與冷卻溫度之間呈線性關(guān)系，溫度越低、凍脹力越大。1979—1990年，日本特殊土壤開(kāi)發(fā)研究室[8]提出擋土墻水平凍脹力的邊坡修正系數(shù)，并和中國(guó)科學(xué)院冰川所通過(guò)試驗(yàn)分析后認(rèn)為，在相似水分和凍結(jié)條件下，亞黏土、亞砂土、礫石土和粗砂的水平凍脹力之比為1：0.75：0.67:0.2；2002年，Phillip等[9]采用人工凍結(jié)技術(shù)用于隧道開(kāi)挖圍護(hù)墻體的設(shè)計(jì)，通過(guò)在墻體上部設(shè)置卸壓孔以及采用柔性結(jié)構(gòu)來(lái)減弱水平凍脹力的影響；2004年，Brouchkov[10]開(kāi)始對(duì)凍脹力的影響因素進(jìn)行分析；2006年，Keiji 等[11]發(fā)現(xiàn)，箱型橋涵側(cè)壁在水平凍脹力作用下出現(xiàn)水平裂縫，并提出了一系列減弱凍脹力的措施；2010年，Ashfaqkhan等[12]設(shè)計(jì)出新型的瀝青-輕骨料混合材料，用以阻隔冷能傳輸；2013年，朱明等[13]對(duì)懸臂式擋土墻進(jìn)行數(shù)值模擬，得到不同墻高處水平凍脹力的分布模式。

20世紀(jì)六、七十年代，我國(guó)開(kāi)始針對(duì)擋土墻等實(shí)體工程建筑物的水平凍脹力進(jìn)行觀測(cè)，并進(jìn)行相應(yīng)的模擬試驗(yàn)。1977年，管楓年等[14]在鐵道部西北研究所青藏高原風(fēng)火山試驗(yàn)站經(jīng)過(guò)觀測(cè)得到水平凍脹力沿?fù)跬翂ι畛噬舷滦?、中下部偏大的變化曲線；1980年，丁靖康等[15]在層迭式模型擋土墻中進(jìn)行了水平凍脹力的試驗(yàn)研究，得知各層擋墻平均水平凍脹力隨時(shí)間增加不斷增長(zhǎng)，并繪制了不同時(shí)間內(nèi)水平凍脹力沿墻深的分布曲線；1983—1986年，王懷祖[16]對(duì)道路支擋結(jié)構(gòu)物水平凍脹力的有關(guān)計(jì)算進(jìn)行了研究；1989年，蘇彥[17]提出“換砂法”可有效整治墩臺(tái)凍害；1991年，李長(zhǎng)林[18]給出季節(jié)凍土區(qū)水工錨定版擋土墻水平凍脹力的作用規(guī)律及凍脹荷載；1992年，隋鐵齡等[19]提出季節(jié)凍土區(qū)擋土墻水平凍脹力的設(shè)計(jì)值的計(jì)算公式；1995年，管楓年等[20]指出擋土墻的防凍害設(shè)計(jì)的2種主要途徑，一是消除凍害成因，二是增大墻體斷面使之滿足墻體穩(wěn)定和強(qiáng)度要求；1999年，孫彥福等[21]認(rèn)為在季節(jié)凍結(jié)層和季節(jié)融化層之間存在平行水平凍脹力和垂直水平凍脹力；2002年，梁波等[22]對(duì)多年凍土區(qū)L型擋土墻的凍脹力進(jìn)行試驗(yàn)分析，確定了對(duì)粗顆粒填料不考慮凍脹力的土壓力設(shè)計(jì)控制值，并在2005年[23]提出考慮多年凍土特點(diǎn)的土壓力修正模型；2004年，姚直書等[24]分析了深基坑排樁凍土墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的凍脹力的產(chǎn)生機(jī)理，給出水平凍脹力與凍土墻厚度的變化關(guān)系，并在2007年[25]進(jìn)行了特深基坑排樁凍土墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的凍脹力模型的試驗(yàn)研究，提出卸壓孔的存在可減弱水平凍脹力；2009年，唐益群等[26]進(jìn)行了人工凍結(jié)作用下淤泥質(zhì)黏土的凍脹特性試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)土體的最大凍脹力與設(shè)定的冷端溫度之間有較好的線性關(guān)系；2012年，胡坤鵬[27]對(duì)青藏高原凍土區(qū)擋土墻凍脹力進(jìn)行數(shù)值模擬，得到不同擋墻類型、不同基礎(chǔ)條件下的凍脹力分布規(guī)律，模擬鋪設(shè)聚苯乙烯泡沫塑料保溫板(EPS)對(duì)凍脹力的減緩程度；2014年，張子白[28]對(duì)L型擋土墻墻背水平凍脹力的特性進(jìn)行試驗(yàn)研究，論述了墻背水平凍脹力的大小和分布情況；2014年，張國(guó)光[29]對(duì)多年凍土區(qū)淺埋建筑物的水平凍脹力的形成機(jī)理和影響因素進(jìn)行研究，指出溫度、土質(zhì)和含水率對(duì)水平凍脹力具有明顯的交互作用；2014年，王艷杰[30]針對(duì)季凍區(qū)越冬基坑產(chǎn)生的水平凍脹力進(jìn)行了數(shù)值模擬研究；2015年，范學(xué)敏[31]對(duì)凍脹條件下的土質(zhì)深基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析與數(shù)值模擬，分析了土體水平凍脹力、法向凍脹力和切向凍脹力的形成機(jī)理，指出了土體凍脹對(duì)支擋結(jié)構(gòu)物的影響機(jī)理；2017年，史迪菲[32]對(duì)季冬區(qū)基坑支擋結(jié)構(gòu)物凍脹防護(hù)措施進(jìn)行研究，提出反壓堆載對(duì)減小支擋結(jié)構(gòu)物的水平位移和應(yīng)力有一定作用；2017年，王順廷[33]根據(jù)熱-力耦合理論及溫度與未凍水含量之間的關(guān)系，從理論上推導(dǎo)了封閉飽水系統(tǒng)下熱膨脹系數(shù)與溫度和土體初始含水率之間的關(guān)系公式，進(jìn)一步改進(jìn)了數(shù)值模擬中關(guān)于土體熱膨脹系數(shù)參數(shù)確定的計(jì)算方法。

3 水平凍脹力的影響因素

影響水平凍脹力的因素錯(cuò)綜復(fù)雜，但基本可歸結(jié)為土質(zhì)、溫度、水分、支護(hù)體結(jié)構(gòu)特征和其他因素等。

土質(zhì)類型、土顆粒大小、狀態(tài)、分散性、密實(shí)度、土內(nèi)所含細(xì)顆粒土含量、礦物組成以及土體自身的凍脹敏感程度均會(huì)造成凍脹力不同。

童長(zhǎng)江等[34]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)認(rèn)為水平凍脹力的大小與土質(zhì)有關(guān)，土質(zhì)類型、土體成分將會(huì)影響水平凍脹力的作用規(guī)律。Taber[35]認(rèn)為土顆粒大小會(huì)影響冰夾層出現(xiàn)的時(shí)間，當(dāng)土顆粒粒徑為0.01～0.06 mm時(shí)，冰析劇烈，土內(nèi)將出現(xiàn)冰透鏡體、冰夾層；當(dāng)土體粒徑為0.07mm時(shí)，冰析現(xiàn)象很弱。G·貝斯科認(rèn)為土顆粒越小，凍脹性越強(qiáng)，在溫度、水分及凍結(jié)條件相同時(shí)，各類土的凍脹性順序?yàn)椋悍圪|(zhì)土>亞砂土>亞黏土>黏土>粗砂>砂礫土[36]。Konrad[37]、Vinson等[38]認(rèn)為細(xì)顆粒大小及含水量對(duì)粗顆粒土體的凍脹影響較大，當(dāng)細(xì)粒土質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于7%時(shí)，凍脹量較小；隨外界水源的持續(xù)補(bǔ)給，含水量增加，凍脹量將增大，1%的凍脹率可作為判別粗顆粒土凍脹敏感性的標(biāo)準(zhǔn)。童長(zhǎng)江等[1]也認(rèn)為細(xì)粒土的水平凍脹力比粗粒土大,含粉黏粒高的砂礫土比純凈的砂礫土水平凍脹力大；同時(shí)土體凍脹強(qiáng)度與土體分散性有關(guān)，隨粒徑減小和土體分散性增大，凍脹性增強(qiáng)。linell等[39]認(rèn)為黏性土的礦物成分決定凍土的性質(zhì)，含蒙脫石的土不凍脹，如遇Ca2+、Mg2+，可形成冰夾層，各種土的凍脹性順序?yàn)椋焊邘X石>伊利石>蒙脫石。管楓年等[14]認(rèn)為不同方向上土體凍結(jié)速率的快慢可影響土內(nèi)冰晶體的形成和分布，從而影響水平凍脹力的大小和分布規(guī)律；此外，水平凍脹力的大小與土的凍脹等級(jí)有關(guān)，凍脹等級(jí)越大，水平凍脹力越大。

溫度是土體產(chǎn)生凍脹力的又一關(guān)鍵的外部因素，溫度將影響水分遷移速率、凍結(jié)時(shí)間、土內(nèi)未凍水含量，影響凍脹力的產(chǎn)生及發(fā)展。

丁靖康[40]通過(guò)對(duì)擋土墻凍結(jié)過(guò)程中水平凍脹力的研究，認(rèn)為水平凍脹力的大小與土溫有關(guān)。劉鴻緒等[41]指出持續(xù)緩慢的低溫可促使未凍區(qū)水分向凍結(jié)區(qū)不斷遷移積聚，當(dāng)溫度降到0 ℃以下時(shí)，水體結(jié)冰土體凍脹。劉建坤等[36]發(fā)現(xiàn)在土體凍結(jié)的過(guò)程中，隨土溫下降，土內(nèi)未凍水含量減少，土體凍脹性增強(qiáng)，水平凍脹力增大。童長(zhǎng)江等[1]通過(guò)試驗(yàn)證明水平凍脹力隨土溫下降而增加，當(dāng)土溫從0 ℃下降到-5 ℃時(shí),水平凍脹力急劇增長(zhǎng)，到-8 ℃時(shí)達(dá)到最大。

土體水分遷移產(chǎn)生的分凝凍脹，是形成凍脹力的關(guān)鍵，而土內(nèi)初始含水量、水分遷移速度、地下水水位高低及外界水源的補(bǔ)給程度對(duì)水平凍脹力的影響也至關(guān)重要。

童長(zhǎng)江等[1]在封閉條件下得到粉質(zhì)黏土、礫石土水平凍脹力與土體含水量的關(guān)系：在起始凍脹階段，當(dāng)土體含水量超過(guò)起始凍脹含水量(一般為土體塑限)并增加時(shí)，水平凍脹力逐步增加并達(dá)到最大；此后，隨含水量增加，水平凍脹力先保持穩(wěn)定，后逐漸減小。吳禮舟等[42]指出土體在保持一定的含水量條件下，減小土體密度會(huì)降低土體飽和度，隨之降低土體凍脹性，隨土體密度增加, 達(dá)到最佳的顆粒團(tuán)聚條件時(shí)，水分遷移能力最強(qiáng)，土體凍脹力達(dá)到最大，而超過(guò)此臨界值以后，凍脹力開(kāi)始降低。孫家學(xué)等[43]通過(guò)對(duì)凍結(jié)壁原始凍脹力的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)土體分散程度可影響土內(nèi)水分遷移進(jìn)程：當(dāng)含水粉質(zhì)黏土的土顆粒粒徑為0.0～0.005 mm時(shí)，土內(nèi)形成最佳的水分遷移結(jié)構(gòu)，形成的水平凍脹力最大；當(dāng)土顆粒粒徑大于0.05 mm時(shí)，水分遷移現(xiàn)象不明顯；當(dāng)粒徑小于0.005 mm時(shí)，單位遷移水量減少而導(dǎo)致凍脹力下降。馬周全[44]認(rèn)為在相同的粉黏質(zhì)土顆粒含量下，隨土體含水率的不斷增大，凍脹力不斷增加，凍害增強(qiáng)。李揚(yáng)等[45]認(rèn)為凍土的水、熱遷移與成冰過(guò)程實(shí)質(zhì)為多孔多相介質(zhì)帶相變的固、液、氣、熱的耦合問(wèn)題。

土體凍脹后，若無(wú)支擋結(jié)構(gòu)物的約束，不會(huì)形成水平凍脹力。管楓年等[46]、隋鐵齡等[47]認(rèn)為填土含水狀態(tài)、墻體結(jié)構(gòu)形式、高度、剛度、厚度、溫度引起的墻體變形對(duì)水平凍脹力有影響。周德源[48]指出在砂壤土中水平凍脹力沿墻高分布不均勻，其最大值外包線呈近似以墻高為底的梯形分布，即墻頂處水平凍脹力為0，在1/3和2/3相對(duì)墻高處力值相等且最大，墻基處的力值僅為最大值的60%。

田亞護(hù)等[49]分析了結(jié)構(gòu)埋深、粗顆粒換填范圍、排溝水渠的結(jié)構(gòu)形式對(duì)多年凍土區(qū)溫度場(chǎng)和水平凍脹力的影響，數(shù)值分析結(jié)果表明：不同工況下，水平凍脹力沿深度呈非均勻分布，凍脹力在結(jié)構(gòu)中部最大，上、下部較?。惶菪谓Y(jié)構(gòu)比U型結(jié)構(gòu)形成的凍脹力大，但分布形式基本相同；隨換填范圍的逐漸擴(kuò)大，最大水平凍脹力逐漸減小。

此外，土體受到的外荷載大小、快慢、加載方式以及由于外荷載變化引起土的蠕變和應(yīng)力松弛等，均會(huì)在一定程度上對(duì)水平凍脹力產(chǎn)生影響。李巖等[50]通過(guò)試驗(yàn)得出豎向直排凍結(jié)過(guò)程中上部荷載對(duì)水平凍脹力的影響明顯，荷載埋深越深，凍脹力越大；當(dāng)其他條件相同時(shí)，同一位置凍脹力的大小還與溫度有關(guān)，處于凍結(jié)鋒面處的凍脹率最大。

4 水平凍脹力的分布模式及大小

1974年，研究人員[14]在日本榥加內(nèi)干渠上，測(cè)得水平凍脹力沿墻體呈上大下小的倒三角形分布模式；次年，在北海道的美嘴地區(qū)，得到單薄墻體由于受到早晚溫差的影響，凍脹力集中出現(xiàn)在墻體頂部。

1992年，Sweanum等[51]提出人工凍結(jié)擋土墻水平凍脹力的分布模式，在開(kāi)挖面以上為三角形，上部力值小，向下逐漸增大，開(kāi)挖面以下力值反向逐漸增大。

Brouchkov[10]針對(duì)懸臂式擋土墻的凍脹情況進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明，在開(kāi)挖頂部，墻體出現(xiàn)的力值最大，下部隨負(fù)溫影響減弱，力值逐漸減小。

含水量對(duì)凍脹力的分布有影響，當(dāng)墻前填土較高、墻后回填砂黏土、墻頂填土含水量較小且含水量隨深度不斷增加時(shí)，最大凍脹力值將出現(xiàn)在墻體中下部；對(duì)于剛度大的墻體, 溫差引起的熱變形不大；若墻后回填亞砂土，當(dāng)含水量高于塑限時(shí)，凍脹力出現(xiàn)上下小、中間大的分布模式[14]。

管楓年等[14]在墻頂填土含水量低于塑限時(shí)，測(cè)得距墻體頂部或一定距離處的凍脹力為0，之后呈上下小，中間大的拋物線型；當(dāng)墻頂部含水量較大時(shí)，測(cè)得凍脹力呈上大下小的分布模式，當(dāng)墻體較薄時(shí)，出現(xiàn)倒三角形或集中力形式分布。

1981年，童長(zhǎng)江等[34]對(duì)豎井、擋土墻形成的水平凍脹力進(jìn)行了原位測(cè)定和室內(nèi)模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水平凍脹力沿構(gòu)筑物的高度分布不均勻，在中部最大，上、下較小。丁靖康等[15]指出層疊式擋土墻中水平凍脹力呈下部最大、往上變小的三角形分布模式。王懷祖[16]根據(jù)道路工程中支護(hù)墻體的高度、凍深及斷面厚度之間的相互關(guān)系，給出凍脹力分布的4種形式。朱強(qiáng)等[52]指出凍脹沿深度分布與地下水位高低、土層排水條件有關(guān)，存在多種分布模式。劉長(zhǎng)榮等[53]根據(jù)擋土墻后地表面是水平或傾斜2種情況，單向或雙向2種熱傳導(dǎo)條件，分成4種情況進(jìn)行研究，得到水平凍脹力分布的4種形式。

在水平凍脹力大小的研究上，Mcrostie等[54]指出，在開(kāi)挖支護(hù)墻體側(cè)面，出現(xiàn)的水平凍脹力為14.4～28.7 kPa。Sandegren等[55]經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，施工完成的錨桿，越冬時(shí)，其軸向水平荷載比設(shè)計(jì)初值增加了50%～100%。Morgenstern等[56]認(rèn)為錨桿的軸力隨季節(jié)變化而變化，隨土溫降低，錨桿在2月中旬出現(xiàn)最大軸力。Thomas 等[57]通過(guò)對(duì)凍脹敏感性地區(qū)土釘墻的研究發(fā)現(xiàn)，不同季節(jié)土壓力變化明顯，夏季土壓力為8 kPa，冬季為43 kPa。王希堯[58]認(rèn)為凍脹力隨土體凍脹而產(chǎn)生，凍脹量越大，凍脹力越大。盛洪非[4]根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)測(cè)資料，并結(jié)合輕型橋臺(tái)水平凍脹力的測(cè)試結(jié)果，認(rèn)為細(xì)粒土水平凍脹力為2.0～2.5 kg/cm2，排水后為0.5～1.0 kg/cm2，粗粒土為1.0～1.5 kg/cm2，排水后為0.5 kg/cm2。徐伯孟等[59]在強(qiáng)凍脹土和全約束條件下，測(cè)得混凝土板模型擋土墻后的最大水平凍脹力為240 kPa(出現(xiàn)在墻體下部)。Rehman等[60]研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于2 m高的懸臂擋墻，當(dāng)墻后回填未壓縮的粉砂時(shí)，其水平凍脹力可達(dá)到40～50 kPa。Broms等[61]通過(guò)對(duì)板樁墻側(cè)凍脹力的研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)墻體拼接處存在裂縫時(shí)，由于水體入滲，造成水體和土體結(jié)冰，土體凍脹，可使作用在墻側(cè)的凍脹力增大，增大值為13～30 kPa。童長(zhǎng)江等[34]通過(guò)對(duì)寒區(qū)支擋建筑物的研究，認(rèn)為水平凍脹力較庫(kù)侖土壓力大幾倍甚至十幾倍；又通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，得到砂質(zhì)粉土、黏質(zhì)砂土和碎石土在環(huán)境溫度為-20～-15 ℃時(shí)，水平凍脹力在不同的含水條件下力值變化較大，最大值可達(dá)4.0 kg/cm2，最小值僅為0.1 kg/cm2，平均力值為1.0～2.0 kg/cm2；同時(shí)，對(duì)砂礫石場(chǎng)地中不同埋深處豎井的水平凍脹力進(jìn)行觀測(cè)，指出最大水平凍脹力與土性有關(guān)，細(xì)粒土形成的力值最大，粗粒土最小，并給出了水平凍脹力與土體有效含水量、墻體高度之間的關(guān)系公式。1993年，隋鐵齡等[62]根據(jù)剛性擋土墻產(chǎn)生的水平位移，給出各了個(gè)位移區(qū)間對(duì)應(yīng)的水平凍脹力的數(shù)值，認(rèn)為最大水平凍脹力應(yīng)出現(xiàn)在2/3墻高處。Nisikawa 等[63]進(jìn)行了天然基坑內(nèi)土體凍脹力的測(cè)試，得到最大水平凍脹力為3.0～5.0 MPa，高于Kaneta等[64]在1998年的0.3～1.47 MPa的測(cè)試數(shù)據(jù)，原因可能與場(chǎng)地的測(cè)試范圍、土質(zhì)條件及其儀器設(shè)備有關(guān)。管楓年等[14]認(rèn)為水平凍脹力是主動(dòng)土壓力的幾倍甚至十幾倍，并給出了幾種典型土體水平凍脹力的數(shù)值。2016年，曾慶輝[65]對(duì)基坑樁錨支護(hù)體系下粉質(zhì)黏土地層形成的水平凍脹力進(jìn)行試驗(yàn)研究，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，上層粉質(zhì)黏土水平凍脹力最大值為20.08 kPa，平均值為17.52 kPa，下層粉質(zhì)黏土水平凍脹力最大值為20.33 kPa，平均值為15.40 kPa。2017年，田群山[66]對(duì)多年凍土區(qū)橋臺(tái)臺(tái)后水平凍脹力進(jìn)行有限元分析，得到水平凍脹力埋深的分布規(guī)律為：臺(tái)頂最大，隨埋深減小，橋臺(tái)較下最小，橋臺(tái)臺(tái)底的水平凍脹力反而有所增大，整個(gè)凍結(jié)過(guò)程中形成的最大水平凍脹力為6.814 kPa。

5 水平凍脹力的計(jì)算方法

1981年，Takashi等[6]認(rèn)為土體凍脹力與冷端溫度有關(guān)，凍脹力的大小與負(fù)溫呈線性關(guān)系，并給出了二者的關(guān)系公式。

2013年，Abzhalimov等[67]給出作用在地下箱型結(jié)構(gòu)側(cè)壁上水平凍脹力的計(jì)算公式，并提出了隨氣溫變化水平凍脹力的修正公式。

日本北海開(kāi)發(fā)局根據(jù)大量室內(nèi)外試驗(yàn)，制定出水渠輕型擋土墻設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，推薦墻后先采用非凍脹土回填，或采用聚乙烯泡沫保溫，使凍脹力減少到一定程度，然后根據(jù)減少后的水平凍脹力進(jìn)行擋土墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，認(rèn)為水平凍脹力以集中力形式作用在擋土墻上，并給出了相應(yīng)公式[20]。

《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ118-2011)[68]、《公路工程抗凍設(shè)計(jì)與施工技術(shù)指南》[69]中均規(guī)定：作用于墻背的水平凍脹力的大小和分布形式，應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定；無(wú)法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)、墻高確定，并給出了水平凍脹力的分布圖式及取值。

在《水工建筑物抗冰凍設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T 50662-2011)[70]和《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL5077-1997)[71]中，根據(jù)地表(基)凍脹量、擋土結(jié)構(gòu)(墻)后計(jì)算點(diǎn)處土體凍脹量的大小，將凍土的工程凍脹級(jí)別分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ五類，由此確立單位水平凍脹力的大小，并給出最大單位水平凍脹力的計(jì)算公式和分布圖。

在《渠系工程抗凍脹設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL23-2006)[72]中給出了迎土面在鉛直的情況下，擋土結(jié)構(gòu)(墻)后土體凍脹時(shí)單位水平凍脹力的數(shù)值、分布圖式以及水平凍脹力的計(jì)算公式、并給出經(jīng)邊坡修正后的計(jì)算公式及影響系數(shù)。

在《鐵路特殊路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10035-2006 J158-2006)[73]中，并未給出水平凍脹力的具體取值方法和力學(xué)計(jì)算模型，但提出為減小水平凍脹力，擋土墻宜采用預(yù)制拼裝化的輕型、柔性結(jié)構(gòu)。

黃宏先[74]根據(jù)擋土墻高、含水量多少、埋藏深淺、得到不同的凍脹荷載圖，并給出了水平凍脹力的計(jì)算公式，但式中各個(gè)參數(shù)只適用于擋土墻的墻高為2～5 m，而對(duì)于墻高大于5 m的擋土墻，由于其凍脹荷載較為復(fù)雜，有待進(jìn)一步研究；同時(shí)指出，錨定板擋土墻由于產(chǎn)生的變形較大，水平凍脹力較小，所以在用相應(yīng)的公式及其他影響因素確定之后，需根據(jù)擋墻的允許變形值進(jìn)行一定的修正。

周德源[48]給出砂壤土水平凍脹力與凍脹量之間的關(guān)系公式，但式中參數(shù)僅根據(jù)內(nèi)蒙古河套地區(qū)的砂壤土確定，若需普遍應(yīng)用，還需進(jìn)行更多現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并考慮多種因素綜合確定。

隋鐵齡等[19]給出擋土墻水平凍脹力的設(shè)計(jì)壓強(qiáng)圖，并給出在0.075、0.375倍的墻高及墻底處經(jīng)變形修正后的水平凍脹力強(qiáng)度值的計(jì)算公式，為季凍區(qū)擋土墻的抗凍脹設(shè)計(jì)提供了重要荷載參考。

劉鴻緒等[41]通過(guò)對(duì)季凍區(qū)釆暖房屋基礎(chǔ)水平凍脹力的研究，認(rèn)為土溫、地下水位高低及凍深對(duì)水平凍脹力有較大的影響，并給出了采暖房屋中樁基礎(chǔ)和淺基礎(chǔ)水平凍脹力的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，但此方法只適用于樁基和埋深小于計(jì)算凍深的淺基礎(chǔ)。

張子白[28]在凍土試驗(yàn)箱內(nèi)監(jiān)測(cè)了不同含水率下水平凍脹力的大小與分布類型，總結(jié)了不同高度處水平凍脹力的發(fā)展規(guī)律，并從力學(xué)角度推導(dǎo)了水平凍脹力的計(jì)算公式；但此公式成立的前提是路基土體內(nèi)部的溫度場(chǎng)是以同一梯度自上向下均勻分布的，把由于溫度變化，導(dǎo)致土層的凍脹強(qiáng)度和力學(xué)性質(zhì)的差異性歸結(jié)為土層的凍脹率和彈性模量上，其適應(yīng)性有待研究。

6 減弱水平凍脹力的各種方法及措施

過(guò)大的水平凍脹力將對(duì)工程造成嚴(yán)重后果，因此，在實(shí)際工程中，為減弱土體凍脹的影響，通常會(huì)積極尋求各種方法來(lái)降低水平凍脹力。結(jié)合已有的研究成果，分別從結(jié)構(gòu)自身?xiàng)l件、換填土質(zhì)類型、覆蓋保溫材料、采用物理化學(xué)方法降低土體凍脹性、采用排水隔水方法以及工程中應(yīng)用的其他措施等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行論述。

1)結(jié)構(gòu)自身?xiàng)l件

2002年，Phillip等[9]針對(duì)人工凍結(jié)土體產(chǎn)生的凍脹力，提出可在墻側(cè)設(shè)置卸壓孔以釋放部分水平凍脹力。盛洪非[4]建議在凍土區(qū)宜采用一字墻，除增加結(jié)構(gòu)尺寸、配置鋼筋外，還可采用錨定式柔性擋墻，用錨桿、錨定板來(lái)平衡水平凍脹力。 王家東等[75]、郭少華[76]認(rèn)為擋土墻體可采用柔性、輕型、預(yù)制拼裝的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并允許其產(chǎn)生一定的位移，在最大水平凍脹力的作用位置，可加強(qiáng)鋼筋抗彎和抗剪承載力的設(shè)計(jì)，并適當(dāng)增加縱向受拉鋼筋和橫向抗剪箍筋的強(qiáng)度。袁可佳[77]提出，對(duì)于高海拔地區(qū)的擋土墻加固，可增大結(jié)構(gòu)的抗力，如采用錨固加固法、抗滑樁加固法和加大擋土墻截面等措施。鄭多等[78]認(rèn)為在原擋土墻的基礎(chǔ)之上，可加高部分墻體高度，新加高的墻體內(nèi)部采用加筋材料、土工織物和剛塑料等材料，用以抵抗水平凍脹力、減小水平位移，整體提高墻體承載能力。黑龍江省綏化縣在季凍區(qū)則采用排水通暢且適用的空心裝配式擋土墻，在道路工程中使用平鋪圈梁的基礎(chǔ)形式并添加輕型混凝土墻體結(jié)構(gòu)，并在墊層中加設(shè)部分通風(fēng)管孔，擋墻形式多為重力式或半重力式形式[1]。陜西水科所研究人員采用Ⅱ型防滲混凝土板來(lái)抑制土體凍脹，由于板周肋梁與土基接觸，單位壓強(qiáng)增大，當(dāng)繼續(xù)增加接觸壓力至地基土的最大允許承載力以后，阻止土體凍脹的效果更佳[1]。那文杰等[79]、許立新[80]，趙堅(jiān)等[81]認(rèn)為在進(jìn)行擋土墻的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量降低墻后的填土高度、平面布置可采用圓弧型式的擋土墻，墻體基礎(chǔ)宜布置在同一高度且土質(zhì)均勻的土體上，墻體可選用適應(yīng)變形能力強(qiáng)的柔性結(jié)構(gòu)；同時(shí)，減小墻體的導(dǎo)熱系數(shù)，可延緩凍結(jié)線的橫向推進(jìn)速度。夏才初等[82]認(rèn)為對(duì)于處在工程凍土段隧道為減弱凍脹力影響，可采用柔性支護(hù)體系的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。董江偉等[83]提出對(duì)于大斷面渠道工程，對(duì)于受凍脹影響嚴(yán)重的陰坡，可采取加大陰坡厚度，適當(dāng)增加肋板等措施來(lái)進(jìn)行保護(hù)。Wdianto等[84]進(jìn)行基礎(chǔ)的抗凍脹設(shè)計(jì)時(shí)，采用在樁基底部安置一定厚度的剛性聚苯乙烯材料，以隔絕冷源的輸入，其下部繼續(xù)回填非凍脹敏感性土體，樁基自身采用螺旋樁；并在承臺(tái)側(cè)壁涂有防黏結(jié)材料，減弱凍脹與基礎(chǔ)之間的作用力，減小破壞。

2)換填措施

換填法是指用粗砂、礫石等非(弱)凍脹性材料置換天然凍脹性土體，以削弱或基本消除土體凍脹。

王懷祖[16]指出除加大斷面尺寸及配置鋼筋等辦法外，可進(jìn)一步提高回填土體的密實(shí)度，上部可采用白灰土或水泥處理土等不透水材料作封層, 下部可采用碎石(礫石)做排水層，并摻入一定比例的灰渣土回填，效果良好。郭海龍等[85]認(rèn)為在防止房屋出現(xiàn)水平裂縫時(shí)，可將基礎(chǔ)兩側(cè)用中粗砂、粉煤灰、火山灰等不凍脹性土體換填。Humphrey等[86]指出經(jīng)過(guò)處理的廢輪胎碎片可充當(dāng)路基絕熱板，防治路基凍脹。Kang等[87]通過(guò)將土與輪胎分解碎屑物質(zhì)按一定比例混合作為防凍脹材料，可有效阻隔冷空氣進(jìn)入土體內(nèi)部，減弱管道變形。汪恩良等[88]提出在土內(nèi)摻入或鋪設(shè)適當(dāng)?shù)慕畈?，如：高?qiáng)度聚丙烯或高密度聚乙烯等高分子聚合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物，可在一定程度上改善土體強(qiáng)度與變形特征，減弱工程凍害。道路工程中，20世紀(jì)50年代前人已開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)的研究工作，并總結(jié)了灰土墊層、石灰與砂樁對(duì)改善路基水溫狀況的成功經(jīng)驗(yàn)，以及以排水、保溫和改良土壤為中心的凍害防治措施。李安原等[89]在新疆兵團(tuán)墾區(qū)公路凍脹防治中，提出利用風(fēng)積沙阻隔層防治凍脹病害，因風(fēng)積沙具有良好的透水性、較高的強(qiáng)度及較小的毛細(xì)水上升高度，防治效果較好。葉陽(yáng)升等[90]分析了凍土區(qū)鐵路路基凍脹特性和影響因素，提出了鐵路路基填料凍脹性分類方案，路基防凍層應(yīng)用細(xì)粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%的砂(礫)或碎石等不凍脹土填筑。李長(zhǎng)林[18]提出通過(guò)采用局部換填砂卵石和粗砂以及使用聚丙烯編織袋，可有效減弱凍脹力及凍脹作用，且雙層織布比單層織布效果更好。孫洪偉等[91]提出在人工湖岸擋土墻中，地貌形態(tài)的不同可引起內(nèi)拱擋土墻出現(xiàn)不同程度的凍害，墻背地坪凹陷時(shí)出現(xiàn)的凍害小，相反凍害加重；同時(shí)在已建的擋土墻墻背處可填充具有變形能力且兼有較好排水性能的弱凍脹材料做隔離層，此隔離層對(duì)水平凍脹力起到了預(yù)期的阻斷作用。汪科迪等[92]通過(guò)對(duì)越冬基坑工程監(jiān)測(cè)，提出了防凍脹措施的改進(jìn)性建議：一方面減弱促使凍脹繼續(xù)發(fā)生的誘因，如對(duì)邊坡土體進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗幚?；?yán)格控制地下水位及滲漏水源；另一方面增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度，在易發(fā)生破壞處加支撐，箍筋適當(dāng)加密等多種措施結(jié)合使用，效果較好。

此外，在土中埋置一定強(qiáng)度的土工格柵，依靠其表面摩擦和鑲嵌咬合能力，充分發(fā)揮土工格柵自身的抗拉強(qiáng)度，可將土中的不均勻凍脹力重新分布,從而抑制土體凍脹所產(chǎn)生的局部變形；若配合使用新型的土工合成材料，如三維符合排水網(wǎng)，可間接提高土體的整體性能，提供有效的排水通道，降低凍結(jié)上限及凍脹。

3)排水隔水措施

排水隔水法是指排除地表水分，減少土中含水量，降低地下水位以及隔斷外界水源補(bǔ)給等。

管楓年等[14]給出了工程實(shí)踐中常用的4種排水形式，以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍并在1996年針對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)擋土墻易產(chǎn)生的前傾變位和裂縫等破壞形式，提出可從設(shè)計(jì)入手，采用換填、保溫、隔水排水等解決擋土墻破壞的具體方法。吳迎春等[93]、曲金丹等[94]提出將墻后一定范圍內(nèi)的回填土體進(jìn)行隔水封閉，采用土工防滲膜，以切斷水源的補(bǔ)給，可有效減小土體凍脹。楊玲等[95]指出在水工建筑物中，可采用土工織物反濾材料包封砂礫換填料、PP透水網(wǎng)材或透水花管來(lái)進(jìn)行排水。王艷杰[30]提出在基坑側(cè)壁上設(shè)置超過(guò)凍深的水平排水滲管，以排除基坑內(nèi)部的地下水，防止凍結(jié)前外水補(bǔ)給，減小水平凍脹力。

在渠系工程中，不少部門在混凝土襯砌下鋪設(shè)砂墊層以增加排水量、減弱凍脹。在黏土大面積分布的地區(qū)，對(duì)于經(jīng)常飽水的閘板與涵管地基，建議在結(jié)構(gòu)物兩側(cè)季節(jié)凍層下設(shè)置貯水室，墊層底部與貯水室間安裝排水通道，以消除凍害；在缺乏粗骨料的地區(qū)，可采用瀝青葦席或塑料薄膜等對(duì)不均勻凍脹變形有較好適應(yīng)性的柔性防滲材料。Hayashi等[11]介紹了箱型橋涵側(cè)壁遭受水平凍脹力，會(huì)引起側(cè)壁出現(xiàn)水平裂縫的問(wèn)題；提出為減弱凍脹力，可改變土體密度及土體的熱力學(xué)性質(zhì)，并合理選取的墻體厚度。

4)物理化學(xué)法

物理化學(xué)法常采取的方法有：人工鹽漬化改良土法、憎水性物質(zhì)改良土法、使土顆粒聚集或分散改良土法。

人工鹽漬化法是指向土體中加入一定量的可溶性無(wú)機(jī)鹽，如氯化鈉、氯化鈣等，使其成為人工鹽漬土，造成土中電解質(zhì)增加，土顆粒表面水膜厚度增大，以降低土顆粒的表面能和毛細(xì)作用，減弱水分遷移能力，減小凍脹力；但此法會(huì)導(dǎo)致土體的抗破壞能力降低，相對(duì)變形增大。Neil[96]通過(guò)對(duì)淤泥質(zhì)土體的凍脹研究，認(rèn)為人工鹽可降低土體的凍結(jié)速率，減慢水分遷移速率，降低凍深，減弱凍脹。

憎水性物質(zhì)改良土壤是指采用陽(yáng)離子表面活性劑(如雙十八烷基乙二胺)與柴油等體積混合配制一定濃度的水溶液或與土拌和，使土顆粒表面出現(xiàn)憎水性，以減慢水體下滲和上升速度，減少水分遷移量。

土顆粒聚集或分散是指在土中加入某種化學(xué)材料或土壤改良劑(如甲基或苯基硅酸鈉溶液、苯乙烯與硫酸甲脂共聚物)等物質(zhì)，將分散的土顆粒膠結(jié)起來(lái)，同時(shí)增加孔隙水的黏滯性并阻止未凍水向凍結(jié)緣處遷移，減弱土體滲透性和水分遷移，減弱凍脹。

物理化學(xué)方法防治凍脹，一般來(lái)說(shuō)，如果方法使用得當(dāng)，其效果是顯著的，但這類方法的主要缺點(diǎn)是代價(jià)昂貴且效果隨凍融循環(huán)次數(shù)增多而減弱。

此外，采用熱物理方法可改變土中的水熱狀況，減少水分遷移量；利用電化學(xué)方法，通過(guò)陽(yáng)極端向陰極端的疏干排水，可使土的滲透性、力學(xué)性能顯著降低。

5)保溫措施

保溫法分為主動(dòng)保溫和被動(dòng)保溫：主動(dòng)保溫是指適量地向支擋結(jié)構(gòu)物的側(cè)壁補(bǔ)充熱量；被動(dòng)保溫是指在土中設(shè)置一定厚度的保溫隔熱層，以增大熱阻，推遲土體凍結(jié)。隔熱材料可選草皮、草袋、樹皮、爐渣、泡沫塑料、泡沫混凝土、石棉板等。

田亞護(hù)[97]利用ANSYS有限元分析軟件，模擬了在青藏高原多年凍土區(qū)修筑鐵路路基時(shí)，在使用不同厚度的聚苯乙烯板或聚胺脂保溫材料后，地基最大融化深度的變化情況，確定了保溫板鋪設(shè)的合理厚度和位置。黑龍江省水利科學(xué)研究院分別在疊層式擋土墻墻側(cè)及底板處，選用了兩組厚度不同的EPS硬質(zhì)泡沫板，對(duì)其保溫效果做了兩組試驗(yàn)，結(jié)果表明：當(dāng)泡沫板的厚度為5 cm時(shí)，凍脹量可減少78%；當(dāng)泡沫板的厚度為10 cm時(shí)，凍脹量可減少89%[36]。崔高航等[98]通過(guò)對(duì)哈爾濱某越冬施工的基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：在基坑底部及在基坑坑壁鋪設(shè)一定厚度的膨脹珍珠巖保溫材料后，錨索軸力、土體水平凍脹力及樁體形成的水平位移明顯減小。

6)其他措施

Ashfaq等[12]設(shè)計(jì)出一種新型的瀝青-輕骨料混合體，其具有較好的絕緣、熱學(xué)及力學(xué)性質(zhì)，可有效降低凍深，且造價(jià)低廉。

程國(guó)棟等[99]提出可采用泥炭層來(lái)冷卻路基表面，防止路基變形。殷海華等[100]在基坑排樁凍結(jié)法中，提出可設(shè)置卸壓孔來(lái)對(duì)水平凍脹力進(jìn)行釋放。張智浩等[101]也認(rèn)為在處理凍脹影響的措施首先是在預(yù)防階段，如在可能受凍脹影響的支護(hù)區(qū)段上預(yù)先施工卸壓孔，減小凍脹后的變形影響，同時(shí)還應(yīng)嚴(yán)格控制地下水位高度，避免土體形成分凝凍脹，對(duì)于凍脹變形較大位置處，可對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲透注漿等處理措施。孫劍[102]提出深埋擋土墻的基礎(chǔ)，可有效降低凍脹力。張豐帆[103]指出可以采用強(qiáng)夯加固地基土來(lái)改善土體性能，使土體密度增加、含水量降低、地下水位下降，從而有效減少水分向凍結(jié)緣遷移，減弱土體凍脹；同時(shí)，在構(gòu)筑物周圍涂敷渣油、瀝青、凡士林等工業(yè)產(chǎn)品，可弱化土凍結(jié)時(shí)與構(gòu)筑物之間的作用力。王振國(guó)等[104]提出可利用架空法、埋入法、隔離法、樁外加套管或者在基礎(chǔ)側(cè)面涂貼樹脂、原油、瀝青、聚乙烯薄膜等，以回避凍脹力；另外，在混凝土中加入添加劑、嚴(yán)格控制水灰比和用水量等施工措施，可保證混凝土在周期性凍融條件下抗凍害性能得到提高。

芮大虎等[105]進(jìn)行了季節(jié)性凍土區(qū)L型擋土墻的凍脹防治試驗(yàn)研究，試驗(yàn)場(chǎng)地的擋土墻分別由無(wú)凍脹防治措施和有凍脹防治措施(置換工法)區(qū)間構(gòu)成，通過(guò)3個(gè)周期的凍融循環(huán)，驗(yàn)證了置換工法在防治凍脹方面的有效性。

呂書清[106]認(rèn)為增加一定強(qiáng)度的外荷載，可導(dǎo)致土內(nèi)水分重分布，增大土顆粒間的接觸應(yīng)力，降低土中冰的凍結(jié)點(diǎn)，使土中水的液、固態(tài)轉(zhuǎn)換受到影響；當(dāng)應(yīng)力增加到一定值以后，凍結(jié)面不能吸水，中斷了未凍區(qū)水分向凍結(jié)面的遷移，從而減小了凍脹力。

郭小紅等[107]認(rèn)為減弱土釘墻冬季凍脹破壞程度，應(yīng)在設(shè)計(jì)計(jì)算之初充分考慮一定強(qiáng)度的凍脹力，在施工期間適當(dāng)加大噴射混凝土面層厚度，加強(qiáng)土釘?shù)暮附訌?qiáng)度，增設(shè)泄水孔等措施。李麗娟[108]在研究水工擋土墻的防凍害設(shè)計(jì)時(shí)，認(rèn)為在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該將水平凍脹力作為一種外荷載進(jìn)行考慮，確定凍脹力的大小和分布形式，并將其與其他荷載組合進(jìn)行穩(wěn)定和強(qiáng)度計(jì)算，可在一定從而為多年凍土區(qū)擋土墻的設(shè)計(jì)開(kāi)辟新途徑。

管楓年等[14]認(rèn)為采用消除凍因法難以完全消除水平凍脹力，而采用單純結(jié)構(gòu)措施往往由于水平凍脹力過(guò)大而使設(shè)計(jì)斷面過(guò)大造成設(shè)計(jì)不經(jīng)濟(jì)；因此提出了消除凍因法為主、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)法為輔的綜合法。

7 結(jié)語(yǔ)

1)在水平凍脹力的影響因素上，一般是將其他因素固定，僅就其中的一個(gè)因素進(jìn)行探討，缺乏多因素的交互研究。

2)對(duì)于水平凍脹力分布模式的研究，其分布形式隨周圍條件變化而變化，現(xiàn)有研究一般僅給出一種分布模式，而在實(shí)際工程中，存在多種分布模式。

在多年凍土區(qū)，擋土墻等各種支擋構(gòu)筑物所受到的土壓力均按庫(kù)侖或朗金理論計(jì)算，只能近似地反映出松散土體作用于支擋構(gòu)筑物后的土壓力，當(dāng)支擋物體后填土含水量較大，低溫凍結(jié)，產(chǎn)生水平凍脹力后，再按此種理論考慮的土壓力值則偏小，易造成支擋結(jié)構(gòu)破壞。

3)在防止凍脹的措施中主要從導(dǎo)致凍脹的因素考慮，包括換填土質(zhì)、地基處理、增加排水、阻隔進(jìn)水、鋪設(shè)保溫材料、改變結(jié)構(gòu)條件、施加外荷載等方面進(jìn)行考慮，總體來(lái)說(shuō)效果較好；但是對(duì)于保溫材料的選擇基本為草皮、泥炭、樹皮、陶塊、爐渣、EPS、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料保溫板(XPS)、混凝土或黏性土等材料，這些材料易受水分影響，保溫效果變差。因此有待進(jìn)一步尋找防潮、環(huán)保、施工方便、價(jià)格低廉、效果好的保溫材料。

4)針對(duì)于水平凍脹力的計(jì)算，首先，規(guī)范僅給出多年凍土的計(jì)算模式，卻未考慮季節(jié)性凍土地區(qū)；其次，土性、墻背土體溫度梯度、含水量、支護(hù)條件、墻體變形等因素均未考慮在內(nèi)，有其不合理性。總體而言，目前尚沒(méi)有一種完善的理論解決冬季擋土墻水平凍脹力的計(jì)算問(wèn)題；現(xiàn)有設(shè)計(jì)中多按非凍土理論計(jì)算土壓力，計(jì)算出的土壓力數(shù)值不符合凍結(jié)期的受力狀態(tài)，由此造成凍土區(qū)支護(hù)體破壞。

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