【正文】 每根柱承受的外荷為33000N ，最大凍深為 ，地基土屬凹類凍脹性土，為了不產生凍害，基側面采取了防凍切措施，凍結力降低到值的 5% ，求算基礎是否穩(wěn)定。當凍到 時，總凍脹力為 32700N ，仍略小于外荷，故還是安全的。以下介紹鐵道部科學研究院西北研究所在青藏高原多年凍土地區(qū)及黑龍江省水利科學研究所在哈濱季節(jié)凍土區(qū)的試驗結果和其他主要結果，以及我國目前各類規(guī)范中所采用的數(shù)值。實體擋墻為鋼筋混凝土 L 型擋墻，墻高分4m 和 5m 兩種，長 15mo 4m 墻后填土為細顆粒土， 5m 墻后土為粗顆粒土。在土壓力減小到最小值而水平凍脹力尚未出現(xiàn)之前，向后變位達最大值，曲線達a 點。在凍深達到季節(jié)融化層厚度時，曲線達 b 點。L型擋墻在凍結過程中的變位過程，反映了水平凍脹力的產生、發(fā)展過程。從 10 月初到 11 月中旬，季節(jié)融化層開始逐步凍結，水平凍脹力逐漸增長 (11 月中旬季節(jié)融化層全部凍結 )0 11 月中旬至 12月底，隨著凍土溫度降低，水平凍脹力迅速增長至最大值。圖 是 L 型擋墻墻背面水平凍脹力的分布曲線，圖 是模型墻背側面水平凍脹力的分布曲線。水平凍脹力的這種分布規(guī)律是由以下幾方面的因素決定的: A. 散熱條件的變化:擋土墻修建后，墻后土體在凍結過程中，由原來的一維散熱條件變成二維散熱條件。其凍結速度與天然地面情況相近。在細顆粒土凍結過程中，水分向凍結鋒面聚集，使凍結鋒面附近土體含水量增大。在第一類因素中，主要有土的類型、含水量、溫度和凍結速率等。從圖 可以出，細顆粒填土的水平凍脹力不論是最大值還是平均值都較粗顆粒填土的大。從圖 可以看出，水平凍脹力的增長趨勢與地溫曲線的降低趨勢是一致的。(4) 水平凍脹力的計算圖式從水平凍脹力分布規(guī)律可知，在一般情況下，分布于墻背側面的水平凍脹力是上部小、下部大，近似三角形分布。水平凍脹力是由土體凍脹而產生的，它的大小和分布與土體的凍脹特性和墻體變形特征有關，而與擋土墻的高度元關。在相同條件下，細顆粒填土作用于擋墻上的最大水平凍脹力應小于此值。于上述理由，對于一般情況，在按三角形分布圖式計算時，建議細顆粒填土的最大水平凍脹力取 X 105~ X 105pa ，粗顆粒填土取 X 105~ X 105Pa2. 季節(jié)凍土區(qū)現(xiàn)場試驗觀測季節(jié)凍土區(qū)擋土墻因墻后土體的凍、融作用，要分別承受水平凍脹力及主動土壓力。 隋鐵齡等， 1990) 。55N ，12503839。C 。現(xiàn)在按實測數(shù)據(jù)繪出各月水平凍脹力壓強分布圖，將各月水平凍脹力最大壓強分布圖做外包絡圖，即求出年水平凍脹力最大壓強分布圖。C. 擋土墻背側水平凍脹力自 ~ 范圍，力值趨向減小。E. 根據(jù)上述水平凍脹力壓強分布規(guī)律，細顆粒填土全約束擋土墻水平凍脹力壓強分布圖取值及繪制方法如下:位于墻頂 a 點處的力值為零。將 a、b、 、e 各點連接直線，即為全約束擋土墻背側水平凍脹力壓強圖(圖 ) 。計算時選用 5 年中 12 月份至次年 3 月份共 20 個實測壓強圖形與按圖 選定的壓強圖相比，求出壓強修正系數(shù) c = 。3. 其他季節(jié)凍土區(qū)現(xiàn)場試驗觀測(1) 水工錨定板擋土墻季節(jié)凍土地區(qū)的水工建筑物，因地基土凍脹造成的破壞現(xiàn)象很普遍，其中又以擋土墻的凍害數(shù)量最多，一般因凍害的擋土墻占破壞工程總數(shù)的 60% 70% 。對墻背側水平凍脹力沿高度的分布情況，基本上呈三角形分布。五、采暖房屋地基凍脹力在自然場地凍脹力的研究方面，國內外進行了大量的工作。整個場地土的凍脹性比較均勻，最大凍脹量為 ， ， 之間。沿三個斷面布置了熱電偶 121 組，并沿房屋四周設置了凍土器 11個 (2232) 。基礎 22 的觀測結果見圖 。 看，基礎儼與基礎23 比較，凍脹力大了近6 倍。 另一原因是在地基土的凍層之下樁基存在一定的長度，起著錨固作用，所以使凍脹力有所減少，因此所測出的力值偏小。再則，條基與凍脹敏感性基土全面接觸，而墩基的接觸面小得多，這樣由于凍脹的不均勻性而導致破壞的機率，墩基比條基的要少。陽墻角 1(凸角)下不僅凍深線較深，且它四周的地基土中 3/4 (室外部分)是凍結的，將產生凍脹力而直線部分基礎 E 的凍脹力僅有 1/2，處于二者之間。 II (直線段)mp= 。HfO 為標準凍結深度(查地基基礎設計規(guī)范 )(m) 。其原因在于混凝土襯砌與基巖體間隙內充水，結冰時形成封閉系統(tǒng)，此時水體凍結產生大的冰壓力所致，襯砌的剛度愈大，允許的變形量愈小，則產生的冰壓力就愈大，就愈百能將襯砌脹裂。圓柱體置于恒載壓力機上，由光電平衡裝置保持杠桿水平，確保載荷恒定。C時出現(xiàn)最大膨脹變形，溫度低于一 1439。 11組， B = ~ 及田組，B = ，由回歸分析得不同水體厚度鳥、不同上覆荷載知時相應的凍脹變形為可以看出，凍脹變形隨荷載增大，呈指數(shù)函數(shù)關系減少。在某一荷載下，只有水體凍結時產生的冰膨脹壓力超過其上的附加荷載壓力時，才會出現(xiàn)膨脹量。如對表 冰壓力模型試驗中水膜分別為 、 及 的結果進行多元回歸分析，則得到如下形式其相關系數(shù) r = 及偏差 s = 。并由此繪制得如圖 所示的冰壓力隨水膜厚度及襯砌允許位移而變化的曲線簇。于是導出了冰壓力的計算模式為式中， B 為冰體厚度， rnm。近似預報時，可應用下列綜合式子，即式 () 對 ~，但對 的預報值，則隨荷載強度遞增而略偏小。2. 試驗結果及討論冰壓力模型試驗施加的荷載強度分別為 : 、 、 、 及 肌1Pa，所測不同水體厚度 B 對應的凍脹變形列于表 中。在溫度由 1039。模型試驗裝置為一合金鋁制圓柱體，如圖 9.♂ 7 所示。39。 P 0 為在同等條件下裸露場地的凍脹力 。 比為采暖對凍深的影響系數(shù)(查地基基礎設計規(guī)范 )。在采暖房屋中計算外墻下樁基的切向凍脹力或基礎的法向凍脹力時，僅考慮采暖對凍深的影響系數(shù)是不夠的，基礎所受到的凍脹力不僅與凍深線的深淺有關，還與基礎在凍脹力作用下受力情況有關。從圖 和圖 看出，當埋深相同時，墩基比之相同長度條基的凍脹力大不了多少，條基為 43kN ，墩基56kN ，墩基比條基大 13kN ，約30% 。采暖情況下基礎凍脹力的減小，更主要的是地基土的室內一側(直線段為二分之一)不凍結或只存在很薄(基側橫向)、很淺(基側豎向)的一層凍結層，因此 4 形成不了很大的凍脹力。3. 結果分析(1) 凍脹力對比對比圖 和圖 ，基礎17 與基礎 20 、22 比較，凍脹力大了近四倍之多。在試驗站自然場地的力學試驗區(qū)內，相應安置了三個與采暖房屋試驗基礎同類型、同構造的對比試驗基礎 17 、13 和92. 試驗觀測結果(1) 場地基本資料試驗場地 19821983 年度氣溫、凍深、凍脹量及地下水位隨冬季歷時而變化的過程繪于圖 中2) 試驗房屋室溫 ‘(3) 各試驗基礎凍脹力觀測結果基礎 20 的觀測結果見圖 ，其中基礎 17 是與 20 相同的對比基礎，并附有凍脹力觀測期間場地的凍深線。采暖試驗房屋的建筑面積為 61. 75m2，基礎由八根直徑為 40cm、長度為10m 的灌注樁所組成 (M1Mg) ，同時也作為四個試驗基礎(20 23 勺的錨固樁。黑龍江省低溫建筑科學研究所從 1982 年開始在閻家崗凍土站采暖試驗房屋中連續(xù)進行了 4個年度(周期)的觀測，得出了采暖房屋凍脹力的計算公式，并進一步驗證了我國現(xiàn)行地基基礎設計規(guī)范所列有關防凍害措施的幾點規(guī)定(劉鴻緒， 1989) 。4. 實測最大水平凍脹力將各單位對墻背側填土在不同凍脹率下實測的最大水平凍脹力匯總于表 中。 1983年與水利電力部松遼水利委員會研究所共同對季節(jié)凍土區(qū)水工錨定板擋土墻進行了試驗研究，先后在吉林省修建了兩座試驗工程，其中一座是灌溉抽水站的進水池擋墻，另一座是土壩濫流段進水口的導流墻。修正后的水平凍脹力壓強圖可在擋土墻抗凍脹設計中應用。但沿墻高各點的數(shù)值均是外包絡線的最大統(tǒng)計值，實際上不可能達到壓強圖形的最大值，因此需要按實測值壓強圖與最大壓強圖進行對比修正。在外露墻高底部 h 處的力值為最大力值的 60% ，即 d 點等于 60%σhmax。 相對墻高 ~ 時為 。從圖 中可知細顆粒填土全約束擋土墻水平凍脹力，沿外露墻高的分布有如下律A. 擋墻墻背側面上部，其水平凍脹力壓強分布的增長方向是自墻頂至墻體中部趨于直線變化，因此位于相對墻高自零至 倍外露墻高 h 位置的水平凍脹力壓強按直線連接B. 擋土墻背側水平凍脹力壓強最大值在 ~。地表以下土質分布情況 :040cm 為黑色粉質壤土， 40~600cm 為黃色重粉質壤土，土質物理性質列于年從 11 月土旬開始穩(wěn)定凍結，至翌年 3 月中下旬地表融化，在 6 月中旬前后凍土層方可融透。多年平均氣溫 39。(1) 試驗擋土墻結構形式選擇常用及可能具有良好抗凍能力的重力式、懸臂式、扁殼式、簡支裝配板式、拱式、涵管式擋土墻，外露地表高度 ， 。為解決擋土墻抗凍脹設計問題，需要測定水平凍脹力值及壓強分布圖形。粗顆粒填土的最大水平凍脹力由實體墻測得。表 是根據(jù)墻體變位按圖 的計算圖式計算得的最大水平凍脹力。其中，對于粗顆粒填土，不論擋土墻基礎埋置深度多少，均采用圖 的三角形分布圖式?？勺冃涡栽酱?，阻礙凍脹作用越小，產生的水平凍脹力就越小。墻背側土體上部含水量小，中下部含水量大，所以水平凍脹力亦上部小、中下部大。土的類型不同，其凍脹敏感性不同。上述分析可知，影響水平凍脹力大小的主要因素有兩類:其一是決定填土凍脹敏感性的因素。墻背土體的這種凍結條件決定著墻背側面土體凍結過程的水分遷移和冰析環(huán)境B. 水分條件的變化:擋土墻修建后，形成新的傾向線路的上限面，兩側邊坡中的凍結層上水沿多年凍土上限向墻后聚集，使墻背側填土含水量增大?？梢钥闯?，凍結前期在擋墻墻背側面上部，等溫線與墻背斜交，說明土體受雙向凍結，因而凍結速度最快。在擋墻墻背側面的上部，水平凍脹力較小。在水平凍脹力作用時，可以認為土壓力等于零。圖 中所示的水平凍脹力發(fā)展過程曲線證實了上面的分析。從 b 點到 C 點，曲線斜率增大，說明隨凍層溫度降低，水平凍脹力迅速增長。在穩(wěn)定凍結出現(xiàn)后，水平凍脹力產生，并且隨著凍深發(fā)展，水平凍脹力增大。(2) 水平凍脹力的發(fā)展過程在土凍結過程中，水平凍脹力是怎樣產生和發(fā)展的呢?圖 是 L 型擋墻在凍結過程中墻頂?shù)奈灰谱兓^程線，圖 是模型墻背不同深度水平凍脹力發(fā)展過程線。因此，研究非對稱水平凍脹力的大小、分布規(guī)律以及產生條件，對凍土區(qū)支擋建筑物的設計和計算有著重要意義。在采暖建筑物基礎(圖 ) 或支擋建筑物(圖 )