【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(chǎn)生凍害，基側(cè)面采取了防凍切措施，凍結(jié)力降低到值的 5% ，求算基礎(chǔ)是否穩(wěn)定。當(dāng)凍到 時(shí)，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(xué)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(xué)研究所在哈濱季節(jié)凍土區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果和其他主要結(jié)果，以及我國目前各類規(guī)范中所采用的數(shù)值。實(shí)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(xì)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(dá)最大值，曲線達(dá)a 點(diǎn)。在凍深達(dá)到季節(jié)融化層厚度時(shí)，曲線達(dá) b 點(diǎn)。L型擋墻在凍結(jié)過程中的變位過程，反映了水平凍脹力的產(chǎn)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(jié)，水平凍脹力逐漸增長 (11 月中旬季節(jié)融化層全部凍結(jié) )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(cè)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(jié)過程中，由原來的一維散熱條件變成二維散熱條件。其凍結(jié)速度與天然地面情況相近。在細(xì)顆粒土凍結(jié)過程中，水分向凍結(jié)鋒面聚集，使凍結(jié)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(jié)速率等。從圖 可以出，細(xì)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(shì)與地溫曲線的降低趨勢(shì)是一致的。(4) 水平凍脹力的計(jì)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(cè)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(chǎn)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(guān)，而與擋土墻的高度元關(guān)。在相同條件下，細(xì)顆粒填土作用于擋墻上的最大水平凍脹力應(yīng)小于此值。于上述理由，對(duì)于一般情況，在按三角形分布圖式計(jì)算時(shí)，建議細(xì)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(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)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(dòng)土壓力。 隋鐵齡等， 1990) 。55N ，12503839。C 。現(xiàn)在按實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪出各月水平凍脹力壓強(qiáng)分布圖，將各月水平凍脹力最大壓強(qiáng)分布圖做外包絡(luò)圖，即求出年水平凍脹力最大壓強(qiáng)分布圖。C. 擋土墻背側(cè)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(qiáng)分布規(guī)律，細(xì)顆粒填土全約束擋土墻水平凍脹力壓強(qiáng)分布圖取值及繪制方法如下:位于墻頂 a 點(diǎn)處的力值為零。將 a、b、 、e 各點(diǎn)連接直線，即為全約束擋土墻背側(cè)水平凍脹力壓強(qiáng)圖(圖 ) 。計(jì)算時(shí)選用 5 年中 12 月份至次年 3 月份共 20 個(gè)實(shí)測(cè)壓強(qiáng)圖形與按圖 選定的壓強(qiáng)圖相比，求出壓強(qiáng)修正系數(shù) c = 。3. 其他季節(jié)凍土區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀測(cè)(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(duì)墻背側(cè)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(chǎng)地凍脹力的研究方面，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的工作。整個(gè)場(chǎng)地土的凍脹性比較均勻，最大凍脹量為 ， ， 之間。沿三個(gè)斷面布置了熱電偶 121 組，并沿房屋四周設(shè)置了凍土器 11個(gè) (2232) ?；A(chǔ) 22 的觀測(cè)結(jié)果見圖 。 看，基礎(chǔ)儼與基礎(chǔ)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(cè)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(dǎo)致破壞的機(jī)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(jié)的，將產(chǎn)生凍脹力而直線部分基礎(chǔ) E 的凍脹力僅有 1/2，處于二者之間。 II (直線段)mp= 。HfO 為標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)深度(查地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 )(m) 。其原因在于混凝土襯砌與基巖體間隙內(nèi)充水，結(jié)冰時(shí)形成封閉系統(tǒng)，此時(shí)水體凍結(jié)產(chǎn)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(chǎn)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(jī)上，由光電平衡裝置保持杠桿水平，確保載荷恒定。C時(shí)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(shí)相應(yīng)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(guān)系減少。在某一荷載下，只有水體凍結(jié)時(shí)產(chǎn)生的冰膨脹壓力超過其上的附加荷載壓力時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)膨脹量。如對(duì)表 冰壓力模型試驗(yàn)中水膜分別為 、 及 的結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，則得到如下形式其相關(guān)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(dǎo)出了冰壓力的計(jì)算模式為式中， B 為冰體厚度， rnm。近似預(yù)報(bào)時(shí)，可應(yīng)用下列綜合式子，即式 () 對(duì) ~，但對(duì) 的預(yù)報(bào)值，則隨荷載強(qiáng)度遞增而略偏小。2. 試驗(yàn)結(jié)果及討論冰壓力模型試驗(yàn)施加的荷載強(qiáng)度分別為 : 、 、 、 及 肌1Pa，所測(cè)不同水體厚度 B 對(duì)應(yīng)的凍脹變形列于表 中。在溫度由 1039。模型試驗(yàn)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(chǎng)地的凍脹力 。 比為采暖對(duì)凍深的影響系數(shù)(查地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 )。在采暖房屋中計(jì)算外墻下樁基的切向凍脹力或基礎(chǔ)的法向凍脹力時(shí)，僅考慮采暖對(duì)凍深的影響系數(shù)是不夠的，基礎(chǔ)所受到的凍脹力不僅與凍深線的深淺有關(guān)，還與基礎(chǔ)在凍脹力作用下受力情況有關(guān)。從圖 和圖 看出，當(dāng)埋深相同時(shí)，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(chǔ)凍脹力的減小，更主要的是地基土的室內(nèi)一側(cè)(直線段為二分之一)不凍結(jié)或只存在很薄(基側(cè)橫向)、很淺(基側(cè)豎向)的一層凍結(jié)層，因此 4 形成不了很大的凍脹力。3. 結(jié)果分析(1) 凍脹力對(duì)比對(duì)比圖 和圖 ，基礎(chǔ)17 與基礎(chǔ) 20 、22 比較，凍脹力大了近四倍之多。在試驗(yàn)站自然場(chǎng)地的力學(xué)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，相應(yīng)安置了三個(gè)與采暖房屋試驗(yàn)基礎(chǔ)同類型、同構(gòu)造的對(duì)比試驗(yàn)基礎(chǔ) 17 、13 和92. 試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果(1) 場(chǎng)地基本資料試驗(yàn)場(chǎng)地 19821983 年度氣溫、凍深、凍脹量及地下水位隨冬季歷時(shí)而變化的過程繪于圖 中2) 試驗(yàn)房屋室溫 ‘(3) 各試驗(yàn)基礎(chǔ)凍脹力觀測(cè)結(jié)果基礎(chǔ) 20 的觀測(cè)結(jié)果見圖 ，其中基礎(chǔ) 17 是與 20 相同的對(duì)比基礎(chǔ)，并附有凍脹力觀測(cè)期間場(chǎng)地的凍深線。采暖試驗(yàn)房屋的建筑面積為 61. 75m2，基礎(chǔ)由八根直徑為 40cm、長度為10m 的灌注樁所組成 (M1Mg) ，同時(shí)也作為四個(gè)試驗(yàn)基礎(chǔ)(20 23 勺的錨固樁。黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所從 1982 年開始在閻家崗凍土站采暖試驗(yàn)房屋中連續(xù)進(jìn)行了 4個(gè)年度(周期)的觀測(cè)，得出了采暖房屋凍脹力的計(jì)算公式，并進(jìn)一步驗(yàn)證了我國現(xiàn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范所列有關(guān)防凍害措施的幾點(diǎn)規(guī)定(劉鴻緒， 1989) 。4. 實(shí)測(cè)最大水平凍脹力將各單位對(duì)墻背側(cè)填土在不同凍脹率下實(shí)測(cè)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(huì)研究所共同對(duì)季節(jié)凍土區(qū)水工錨定板擋土墻進(jìn)行了試驗(yàn)研究，先后在吉林省修建了兩座試驗(yàn)工程，其中一座是灌溉抽水站的進(jìn)水池?fù)鯄?，另一座是土壩濫流段進(jìn)水口的導(dǎo)流墻。修正后的水平凍脹力壓強(qiáng)圖可在擋土墻抗凍脹設(shè)計(jì)中應(yīng)用。但沿墻高各點(diǎn)的數(shù)值均是外包絡(luò)線的最大統(tǒng)計(jì)值，實(shí)際上不可能達(dá)到壓強(qiáng)圖形的最大值，因此需要按實(shí)測(cè)值壓強(qiáng)圖與最大壓強(qiáng)圖進(jìn)行對(duì)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(diǎn)等于 60%σhmax。 相對(duì)墻高 ~ 時(shí)為 。從圖 中可知細(xì)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(cè)面上部，其水平凍脹力壓強(qiáng)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(duì)墻高自零至 倍外露墻高 h 位置的水平凍脹力壓強(qiáng)按直線連接B. 擋土墻背側(cè)水平凍脹力壓強(qiáng)最大值在 ~。地表以下土質(zhì)分布情況 :040cm 為黑色粉質(zhì)壤土， 40~600cm 為黃色重粉質(zhì)壤土，土質(zhì)物理性質(zhì)列于年從 11 月土旬開始穩(wěn)定凍結(jié)，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(yàn)擋土墻結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)問題，需要測(cè)定水平凍脹力值及壓強(qiáng)分布圖形。粗顆粒填土的最大水平凍脹力由實(shí)體墻測(cè)得。表 是根據(jù)墻體變位按圖 的計(jì)算圖式計(jì)算得的最大水平凍脹力。其中，對(duì)于粗顆粒填土，不論擋土墻基礎(chǔ)埋置深度多少，均采用圖 的三角形分布圖式?？勺冃涡栽酱螅璧K凍脹作用越小，產(chǎn)生的水平凍脹力就越小。墻背側(cè)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(jié)條件決定著墻背側(cè)面土體凍結(jié)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(cè)邊坡中的凍結(jié)層上水沿多年凍土上限向墻后聚集，使墻背側(cè)填土含水量增大。可以看出，凍結(jié)前期在擋墻墻背側(cè)面上部，等溫線與墻背斜交，說明土體受雙向凍結(jié)，因而凍結(jié)速度最快。在擋墻墻背側(cè)面的上部，水平凍脹力較小。在水平凍脹力作用時(shí)，可以認(rèn)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(shí)了上面的分析。從 b 點(diǎn)到 C 點(diǎn)，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(jié)出現(xiàn)后，水平凍脹力產(chǎn)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(jié)過程中，水平凍脹力是怎樣產(chǎn)生和發(fā)展的呢?圖 是 L 型擋墻在凍結(jié)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(duì)稱水平凍脹力的大小、分布規(guī)律以及產(chǎn)生條件，對(duì)凍土區(qū)支擋建筑物的設(shè)計(jì)和計(jì)算有著重要意義。在采暖建筑物基礎(chǔ)(圖 ) 或支擋建筑物(圖 )