挡土墙设计：水平冻胀力与融土侧压力的异同特征

融土地区作用于挡土墙上的侧土压力随着墙体产生变形条件的不同,而分别作用有主动土压力、静止土压力及被动土压力。当墙体有向外的倾斜或平移变形时对墙体作用有主动土压力荷载。墙体无变形或向内挤压土体时,墙体承受静止土压力或被动土压力荷载,而力值的大小则取决于土颗粒的物理、力学性质,土体的承载情况以及土和挡土墙间的物理作用,所以融土地区挡土墙要将侧土压力作为主要荷载进行墙体稳定及强度设计。

季节冻土区挡土墙后的土体随气温的变化而改变融土或冻土的物理、力学性质。在负气温作用下,挡土墙后土体冻结的同时可能产生冻胀。当墙体约束土体冻胀时,冻胀土对墙体就会作用有水平方向的冻胀分力。由于冻土比融土增加了冰的组成部分,所以作用于挡土墙上融土主动土压力与冻土的水平冻胀力设计值存在以下的不同特征。

1.设计荷载的力值大小不同

在同一挡土墙后回填土土质相同的条件下,挡土墙水平冻胀力的大小主要随土的冻胀强弱、墙体变形、冻结条件而变化。而融土压力则可以认为是一恒定值。由于冻土中冰的作用,对于细颗粒土挡土墙水平冻胀力的最大压强可达250kPa。而5m 高挡土墙基底部的融土压强仅为50kPa,对于2m 高的挡土墙底部的融土压强仅为16kPa。由此可见,挡土墙水平冻胀力比主动土压力要大几倍至几十倍。

2.压强分布的形式不同(www.xing528.com)

对于挡土墙后融土的主动土压力沿墙高分布形式一般为三角形式。而挡土墙水平冻胀力沿墙高的分布形式因受双向冻结温度场的影响,其压强为沿墙高方向两端小,外露墙高、中下部大的梯形分布形式。

3.力值与墙体变形的相互作用不同

挡土墙的不同结构形式决定了墙体产生变形或变位的形式。对于融土压力,墙体的变形或变位是区别土体对墙体作用的是主动、静止或被动土压力的条件。而冻胀土体对挡土墙作用的水平冻胀力则随墙体变形的大小呈指数衰减关系。即产生融土主动土压力的变形条件建立后其值可以认为不变,而水平冻胀力值的大小则随墙体允许变形条件而改变。