冻胀土对挡土墙的破坏及防治措施 黑龙江大学 201012242(共6页)

1、冻胀土对挡土墙的破坏(phui)及防治措施姓名(xngmng)： 专业(zhuny)：学号：摘要(zhiyo)：由于(yuy)土的冻胀作用，使得没有设计防治冻害或不足防治冻害的挡土墙遭到破坏，文章分析产生破坏原因与破坏型式，提出挡土墙产生冻害的综合因素与防治措施。关键词：冻胀土 挡土墙 冻害(dnghi) 防治措施1.挡土墙的破坏形式季节性冻土对挡土墙的破坏一般有两种型式。第一种为地基冻胀和融沉作用的破坏。地基土冻胀时，由于挡土墙侧面的接触压力不均匀，冻土的冻胀变形也不同，造成挡土墙的整体上抬( 拔) 倾斜和位移等稳定性破坏: 冻土在融化时又使工程的结构发生裂缝变形和倾斜。这种破坏的主要原因是

2、土经过冻融之后发生了很大的不均匀变形，如一般黏性土冻融后，含水量可增加12% 22%，孔隙比增大10% 16%，压缩系数增大21% 22%，土得强度显著降低，承载力有时降低50%。第二种是冻胀对挡土墙结构的破坏。挡土墙受地基土冻胀负载作用，可引起挡土墙各部位结构的破坏，如伸缩缝的扩宽或混凝土被挤碎、止水拉断等现象。挡土墙受到破坏的部位与形式如下:1. 1 挡土墙基础的冻害原因主要是基础冻土融化后，土的含水量增大，导致承载能力显著降低，使挡土墙前趾处的地基压力超过地基承载力，挡土墙产生前倾，而前倾后其重心也前移，更加大了前趾的地基压力。经过数年冬冻春融的循环，最后使挡土墙倾斜甚至倾倒，但土墙的地

3、基因冻土融化而降低了其抗剪强度，如墙身的抗滑稳定性降低，使挡土墙产生位移。1. 2 水平冻胀力对挡土墙的破坏当挡土墙后填土的含水量较大，地下水位较高时冬冻使墙后土体膨胀，产生较大的水平冻胀力，使墙身前倾，甚至倾倒。墙后冻土水平冻胀力与墙前静水压力的联合作用，使墙身受水平剪力而产生裂缝。2.土的冻结及冻胀机理土中含水才会产生冻胀，不含水的土不会冻胀。土冻胀的原因是水冻成冰使体积膨胀，其膨胀率约为9%，同时土在冻结过程中，非冻结区的水分会向冻结区迁移，使冻结土层的含水量显著增加，这就造成某些土层在冻结后常产生很大的冻膨胀量。3.挡土墙的破坏(phui)机理挡土墙背的土层在岸边较高的地下水位和湖水透

4、过墙体的天然补给(b j)的条件下, 土层(t cn)处于高含水率状态。若土体由细颗粒土(如:粉质粘土)形成, 则保水性更强。土层高含水率和强保水性导致其冻胀敏感性增强, 表现出较强的冻胀性。寒期的原位冻胀实验观测也证实了这一点。挡土墙对其后冻结土层产生的水平冻胀应力()及相应的冻胀变形形成了约束,墙体的刚度越大, 对冻胀应力及其变形的约束性越强。如水平冻胀应力足够大时, 挡土墙将产生弹性位移。若水平冻胀应力继续增大, 挡土墙达到刚度极限后,相应位移达到一定限度, 墙砌体将在其薄弱部位产生塑性裂缝, 若位移继续增大, 即引起挡土墙产生局部损坏或整体破坏;说明:寒期内, 各低温冻结时段的不同冻结

5、深度内, 作用于挡土墙背的单位水平冻胀力的大小随冻结深度呈浅弱深强的趋势。3.1 水分的因素冬季由于天气变冷, 气温下降, 挡土墙后地下水位较高或土体中水分很少蒸发, 细粒土壤中的水分在冬季负温条件下结成冰晶, 使土壤体积膨胀,产生冻胀。3.2 土质的因素影响冻胀的主要因素是土质, 冻胀破坏程度的大小与颗粒组成中的粉土、粘土含量有一定关系。通过试验发现, 含粉土、粘土成分少的中粗砂、砾石、卵石、碎石等, 基本上不产生冻胀现象。在以往修建水工建筑物过程中, 由于受当地土质的条件限制, 挡土墙后回填土多数为易冻胀性土, 很少换填非冻胀性土, 导致挡土墙产生冻胀破坏。3.3 双向冻结挡土墙的背后回填

6、土受上部及墙体侧向负温的影响而形成双向冻结。在双向冻结条件下, 冷流从两个方向同时向冻结区传递, 加速了冻结区土体热量的释放速度, 伴随着冻结区土体中水分沿着温度梯度方向的转移, 土体中将迅速形成冰晶或冰晶夹层。土体逐渐冻结, 使体积增大向四周膨胀。此时土体中蕴藏的强大冻胀力的水平分量由于受到墙体的约束,回填土将对墙体产生作用力, 此力即为挡土墙所受的水平冻胀力。水平冻胀力的大小与气温、土质和外来水补给条件有关。土体冻结时的含水量和外来水补给条件是影响冻胀力的决定因素。经验证明, 如果土体中不含水分, 即使是低温下的强冻胀性土壤也不会产生冻胀。3.4冻融沉陷(chnxin)开春气温(qwn)回

7、升后, 挡土墙前趾处基土受热(shu r)融化, 融化后的基土含水量增加(冻结时由于水分迁移使含水量增加) , 土体处于饱和或半饱和的稀软状态,大量泥浆在墙身重力和侧土压力的作用下挤压上鼓。地基承载力骤降, 且发生不均匀沉陷, 使墙体冻胀产生的前倾位移不仅得不到恢复, 相反还要增大。年复一年, 冻融交替, 致使不少闸墙和连接翼墙倒塌, 危害极大。4.挡土墙抗冻措施4.1深埋基础挡土墙将基础底面深埋于冻层以下25 cm，以消除基底法向冻胀力的作用，这是一种常用的简单且防冻效果较好的措施，特别适合我省冻深在1. 8 m以内的地区。深埋基础虽然消除了基底法向冻胀力，但墙背的法向冻胀力依然存在，所以一

8、般采用重力或半重力式挡土墙。4.2 换基挡土墙对于深埋基础工程量大，可采用非冻胀性土换除冻胀性土等换基措施。如: 采用隔水封闭法，即将含水量低于朔限的土夯实后，采用朔料薄膜包裹封闭，体内充填纯砂，隔断外来水分补给，置换原来土体; 在墙基础底板处可以采用铺1 层或2 层泡沫朔料或聚苯乙稀泡沫保温板。换基可以提高基底与地基的承载力和摩擦系数，增加抗滑稳定性; 同时也可以通过换基切断地下水，防冻害。由于冻融的影响主要位于挡土墙的前趾，在换基时前趾应大于冻深，后趾可略高于冻深。4.3 自锚桩基础(jch)挡土墙在冻层深度较大地区，当地基为黏性土时，采用(ciyng)自锚桩基础比较适宜，但爆孔要求严格，

9、一般用于地下水位低，黏土层较厚的地基。对于(duy)地下水位高且黏土层较薄或卵石层以及淤泥地基，能否采用爆扩需要桩需要现场实验决定。4.4减小墙后水平冻胀力的措施挡土墙后的回填土如属于黏性土，挡土墙易受水平冻胀力的作用而破坏。在保证侧向渗径长度的前提下，回填非黏性土或采用铺一层泡沫朔料或聚苯乙稀泡沫保温板，可以消除减小水平冻胀力。在挡土墙内设排水孔排除墙后填土的水分也是一种有效的防冻害措施。4.5采取保温措施挡土墙可采用保温法削减或消除冻胀。由于挡土墙顶部属于双向冻结, 设计时可以在挡土墙填土水平方向和墙背两个方向铺设聚苯乙烯泡沫保温板。保温板减轻了回填土受冻程度, 降低了冻层深度, 保温板的

10、伸缩性使冻胀力不直接作用在挡土墙上, 有效地消除了冻胀产生的破坏。保温材料的厚度( 1 /10 1 /15) H1, 按回填土冻胀类型设计相应铺设长度。4.6 采取水土隔离的方法采取降低墙后填土含水量和墙后地下水位的方法, 可以有效地防止挡土墙产生冻害。本方法又可以细分为两种方法。隔水封闭法。在墙后一定填土范围内铺设防渗膜, 使水分不能渗透到墙后填土中, 降低墙后填土含水量, 使之低于土壤起始冻胀含水量, 削减或消除冻害。排水法。根据挡土墙的高度, 在墙体设置一排或多排排水孔, 使墙后填土中水分通过排水孔排出, 降低墙后地下水位, 达到消除冻害的目的。设计排水孔间距一般为2m 3m, 呈梅花状

11、布置, 排水孔直径为6cm 8cm。排水孔后设反滤料。4.7 综合法采用(ciyng)单纯靠增加结构断面尺寸的方法在经济上不合理, 采用消除冻因的一种方法难以完全消除水平(shupng)冻胀力或效果不明显。在搞水工挡土墙防冻害设计时, 可以根据(gnj)工程的实际情况, 采取以上一种或几种方法, 综合使用, 达到消除冻害的目的。综合法在工程中采用比较多。5 结语根据以上分析，勘测设计人员在建筑物工程抗冻设计上，应结合工程所在地的实际情况，综合分析当地的气候条件、地质状况、挡墙的结构型式、施工条件、采用的新材料、新技术、新方法的可行性等，才能设计出既安全经济有可行的挡土墙。参考文献1、王英华、陈晓东、叶兴 水工建筑物 北京：中国水利水电出版社（2004）2、中华人民共和