土凍脹對擋土墻的凍害與防治

閆 玲，岳希艷

(1.牡丹江市水利勘測設計研究院，黑龍江牡丹江157000;2.寧安市水務局，黑龍江寧安157400)

1 土凍脹的基本概念

土中含水才會產生凍脹，不含水的土不會凍脹。土凍脹的原因是水凍成冰使體積膨脹，其膨脹率約為9%，同時土在凍結過程中，非凍結區的水分會向凍結區遷移，使凍結土層的含水量顯著增加，這就造成某些土層在凍結后常產生很大的凍膨脹量。

2 凍土對擋土墻的破壞

季節性凍土對擋土墻的破壞一般有兩種型式。第一種為地基凍脹和融沉作用的破壞。地基土凍脹時，由于擋土墻側面的接觸壓力不均勻，凍土的凍脹變形也不同，造成擋土墻的整體上抬(拔)傾斜和位移等穩定性破壞:凍土在融化時又使工程的結構發生裂縫變形和傾斜。這種破壞的主要原因是土經過凍融之后發生了很大的不均勻變形，如一般黏性土凍融后，含水量可增加12% ～22%，孔隙比增大10% ～16%，壓縮系數增大21% ～22%，土得強度顯著降低，承載力有時降低50%。第二種是凍脹對擋土墻結構的破壞。擋土墻受地基土凍脹負載作用，可引起擋土墻各部位結構的破壞，如伸縮縫的擴寬或混凝土被擠碎、止水拉斷等現象。

擋土墻受到破壞的部位與形式如下:

2.1 擋土墻基礎的凍害

原因主要是基礎凍土融化后，土的含水量增大，導致承載能力顯著降低，使擋土墻前趾處的地基壓力超過地基承載力，擋土墻產生前傾，而前傾后其重心也前移，更加大了前趾的地基壓力。經過數年冬凍春融的循環，最后使擋土墻傾斜甚至傾倒，但土墻的地基因凍土融化而降低了其抗剪強度，如墻身的抗滑穩定性降低，使擋土墻產生位移。

2.2 水平凍脹力對擋土墻的破壞

當擋土墻后填土的含水量較大，地下水位較高時冬凍使墻后土體膨脹，產生較大的水平凍脹力，使墻身前傾，甚至傾倒。

墻后凍土水平凍脹力與墻前靜水壓力的聯合作用，使墻身受水平剪力而產生裂縫。

3 擋土墻凍害的防治

3.1 深埋基礎擋土墻

將基礎底面深埋于凍層以下25 cm，以消除基底法向凍脹力的作用，這是一種常用的簡單且防凍效果較好的措施，特別適合我省凍深在1.8 m以內的地區。深埋基礎雖然消除了基底法向凍脹力，但墻背的法向凍脹力依然存在，所以一般采用重力或半重力式擋土墻。

3.2 換基擋土墻

對于深埋基礎工程量大，可采用非凍脹性土換除凍脹性土等換基措施。如:①采用隔水封閉法，即將含水量低于朔限的土夯實后，采用朔料薄膜包裹封閉，體內充填純砂，隔斷外來水分補給，置換原來土體;②在墻基礎底板處可以采用鋪1層或2層泡沫朔料或聚苯乙稀泡沫保溫板。換基可以提高基底與地基的承載力和摩擦系數，增加抗滑穩定性;同時也可以通過換基切斷地下水，防凍害。由于凍融的影響主要位于擋土墻的前趾，在換基時前趾應大于凍深，后趾可略高于凍深。

3.3 自錨樁基礎擋土墻

在凍層深度較大地區，當地基為黏性土時，采用自錨樁基礎比較適宜，但爆孔要求嚴格，一般用于地下水位低，黏土層較厚的地基。對于地下水位高且黏土層較薄或卵石層以及淤泥地基，能否采用爆擴需要樁需要現場實驗決定。

3.4 減小墻后水平凍脹力的措施

擋土墻后的回填土如屬于黏性土，擋土墻易受水平凍脹力的作用而破壞。在保證側向滲徑長度的前提下，回填非黏性土或采用鋪一層泡沫朔料或聚苯乙稀泡沫保溫板，可以消除或減小水平凍脹力。在擋土墻內設排水孔排除墻后填土的水分也是一種有效的防凍害措施。

4 擋土墻凍害設計實列

2008年牡丹江市水利勘測設計院在寧安市北石崗子土地復墾項目設計中對通過蓮花河上的渠道擋土墻基礎采用了聚苯乙稀泡沫保溫板抗凍技術。該項目引水干渠為矩型漿砌石擋墻，渠道全長3.5 km在玄武巖臺地上客土30 cm，擴大響水米種植面積200 hm2。在渠道樁號0+500－0+562處，渠道基礎為淤泥加亂插石，深度為7.5m。為解決擋土墻凍脹和工程造價的矛盾，我院提出了多個工程技術方案，如打鋼筋混凝土樁方案、大開挖方案、渠道改線方案、換填方案等，經工程造價、施工難易、技術可行等多方案比選，最后采用了在擋土墻基礎下面鋪設二層厚度為8 cm聚苯乙稀泡沫保溫板抗凍技術方案。經過2008年和2009年兩個冬季運行看，既沒有產生凍脹破壞，又節約了工程造價。

5 結語

根據以上分析，勘測設計人員在建筑物工程抗凍設計上，應結合工程所在地的實際情況，綜合分析當地的氣候條件、地質狀況、擋墻的結構型式、施工條件、采用的新材料、新技術、新方法的可行性等，才能設計出既安全經濟有可行的擋土墻。

［1］水利部東北勘測設計研究院.水工建筑物抗凍設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［2］江蘇省水利勘測設計研究院.SL379－2007水工擋土墻設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2007.

［3］牡丹江市水利勘測設計研究院.寧安市北石崗子土地復墾項目規劃設計［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘測設計研究院，2008.