土冻胀对挡土墙的冻害与防治

闫 玲，岳希艳

(1.牡丹江市水利勘测设计研究院，黑龙江牡丹江157000;2.宁安市水务局，黑龙江宁安157400)

1 土冻胀的基本概念

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。

2 冻土对挡土墙的破坏

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:

2.1 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。

2.2 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。

3 挡土墙冻害的防治

3.1 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，所以一般采用重力或半重力式挡土墙。

3.2 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:①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;②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。

3.3 自锚桩基础挡土墙

在冻层深度较大地区，当地基为黏性土时，采用自锚桩基础比较适宜，但爆孔要求严格，一般用于地下水位低，黏土层较厚的地基。对于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。

3.4 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，可以消除或减小水平冻胀力。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 挡土墙冻害设计实列

2008年牡丹江市水利勘测设计院在宁安市北石岗子土地复垦项目设计中对通过莲花河上的渠道挡土墙基础采用了聚苯乙稀泡沫保温板抗冻技术。该项目引水干渠为矩型浆砌石挡墙，渠道全长3.5 km在玄武岩台地上客土30 cm，扩大响水米种植面积200 hm2。在渠道桩号0+500－0+562处，渠道基础为淤泥加乱插石，深度为7.5m。为解决挡土墙冻胀和工程造价的矛盾，我院提出了多个工程技术方案，如打钢筋混凝土桩方案、大开挖方案、渠道改线方案、换填方案等，经工程造价、施工难易、技术可行等多方案比选，最后采用了在挡土墙基础下面铺设二层厚度为8 cm聚苯乙稀泡沫保温板抗冻技术方案。经过2008年和2009年两个冬季运行看，既没有产生冻胀破坏，又节约了工程造价。

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。

［1］水利部东北勘测设计研究院.水工建筑物抗冻设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2006.

［2］江苏省水利勘测设计研究院.SL379－2007水工挡土墙设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2007.

［3］牡丹江市水利勘测设计研究院.宁安市北石岗子土地复垦项目规划设计［R］.牡丹江:牡丹江市水利勘测设计研究院，2008.