挡土墙冻胀破坏的类型分析

挡土墙是土木建筑工程中常用的支挡建筑物。水利工程中的桥、涵闸建筑物都有挡土墙组成部分。由于寒冷地区挡土墙的设计,传统应用库伦、朗肯理论所给的计算公式,而这些计算式只适合融土地区挡土墙后回填的松散土体的条件,并没有考虑冻土的特殊物理力学性质。因此,季节冻土区的挡土墙常因土体冻胀而造成破坏。据调查挡土墙因土体冻胀破坏的数量约占调查工程数量的1/3以上。

1.挡土墙的整体倾斜

挡土墙前倾变位在寒冷地区相当普遍 (图6.1),这是因为墙后回填土冻胀时对墙体作用有水平冻胀力的结果。墙体前倾变形超过允许变位值后,因回填土的冻胀在墙体复位时的阻抗作用和土的阻塞而不能恢复原位。墙后回填土体多年的冻融过程会累积增加墙体的前倾变位量,最终会导致墙体倾倒。对浅基础挡土墙而言,由于前趾地基融化期承载能力降低,会使挡墙前倾变位加剧,有时经过一两年便可使挡土墙倾倒。

2.挡土墙整体上抬

挡土墙的整体向上垂直变位常发生在挡土墙长度不大的独立墙体部位 (图6.2)挡土墙后土体冻胀时,对墙体作用垂直向上的切向冻胀力或者墙基础浅埋于冻土中还作用有向上的法向冻胀力。在切向和法向冻胀力作用下,墙体垂直向上变位超过允许值时,由于土体冻胀的阻抗作用和土的阻塞,常不能使墙基复位。墙体整体上抬与墙体前倾常同时发生。

图6.1　挡土墙倾倒破坏图

图6.2　挡土墙垂直变位图

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图6.3　挡土墙剪切破坏

3.墙体的水平断裂

在冻结期间,挡土墙在水平冻胀力的作用下前倾变形受墙前冰或冻土的约束时,因墙体强度不够而剪断,常常形成水平裂缝,如图6.3所示。

4.墙体的斜裂缝

挡土墙基础位于冻土层内,由于沿长度方向地基土的不均匀冻胀和融沉作用,常产生墙体的斜裂缝,如图6.4所示。

5.墙体拐角处的裂缝

挡土墙拐角处的回填土体受地表和两个墙面的负温影响冻结。土体冻胀时,水平冻胀力在两个不同方向作用于墙体而使墙体拐角处形成应力集中。所以,墙体拐角处发生断裂是一种普遍的现象,如图6.4所示。

6.浆砌块石挡土墙的不规则断裂

浆砌块石挡土墙是由水泥砂浆胶结块石形成的整体。由于墙背侧不平整,水泥砂浆不饱满,以及无防渗层等施工质量问题,在冬季由于墙背与回填土间的裂缝渗入雨雪而形成冰楔或在切向冻胀力、水平冻胀力作用下造成墙体不规则的断裂。