（一）基本概念
当地表面的冻胀变形受到约束时，就会产生基土对约束体的力，即为冻胀力。这种约束可以是土表面受结构物基础的限制，或因土层的不均匀冻胀引起的土体内部的力。因此，冻胀力是一种被动力，类似于温度膨胀应力。在不受到约束而可以自由膨胀时，不产生冻胀力。然而冻胀力更为复杂得多，在因冻胀力的反力而引起的荷载作用下，土体冰点将降低，冰产生流变，冻土软化，使精确模拟计算十分困难。
冻胀力的大小随冻胀变形之约束程度而变化，自由冻胀时，冻胀力为零，在受到不完全约束时，冻胀力衰减到完全约束时冻胀力的m倍。m可按下式估算：
式中：h'为受约束后实际发生的冻胀量；h为自由冻胀时的冻胀量；a为系数，约为0.5。
冻胀力按其与建筑物作用的关系可分为法向冻胀力、切向冻胀力和水平冻胀力。
（二）法向冻胀力
法向冻胀力指土体在基础板下受竖直方向的约束，产生与基础板方向垂直的冻胀力。影响法向冻胀力的主要因素是当地土壤的冻胀性，因此影响冻胀强度的因素对冻胀力也有直接的影响。图5-9表示法向冻胀力与冻胀强度的关系，成指数增长关系。
由于在野外测验法向冻胀力时，测量时用的承力板有一定的尺寸，在承力板下面的冻土的冻胀将受到约束，而板周围的土体则仍能自由或部分自由地向上膨胀，周围土体与承力板下土体冻胀量的差异将使法向冻胀力有所增加。承力板越小，这种牵制作用越大，法向冻胀力值也越大。因此法向冻胀力的取值不仅与当地的冻胀性有关，而且与基础板的尺寸有关。
图5-9 法向冻胀力与冻胀强度的关系
《渠系工程抗冻胀设计规范》中单位法向冻胀力的取值是根据国内大量的试验研究、主要是野外的大型冻胀观测场的成果总结而得到的，具体按照土的冻胀性分类来确定，见表5-15。
表5-15 单位法向冻胀力标准值 单位：kPa
上述表中数值为标准值，在设计取值时还要根据允许的基础板变形量、考虑基础板传热与土壤的不同等条件对法向冻胀力的标准值进行修正，详见本章第四节。
（三）切向冻胀力
切向冻胀力指桩、墩、墙等结构物周围的冻土发生冻胀时，由于受到这些结构物的约束而发生对桩、墩、墙侧表面切向方向的作用力，力的方向趋向于向上拔起结构物。该力是通过冻土与基础侧面之间的结合力传递的，而该结合力主要由土的冻结强度和摩擦阻力组成。因此，切向冻胀力只可能小于这两部分力所构成的结合力。(www.xing528.com)
总之，切向冻胀力也是与土的冻胀性直接有关，冻胀性越大，则周围土体受桩墩约束而产生的切向力越大。但由于切向冻胀力又只可能小于冻结强度及摩阻力，因此影响冻结强度的因素也会影响切向冻胀力。这些因素主要有：
（1）水分。当含水量增加时，土的冻胀性增加，因而切向冻胀力也增大，但含水量超过一定值（有些试验得出该值约为WL+17%，其中WL为土的液限）后，由于冰的强度远小于矿物颗粒强度，而且在外力作用下产生流变变形，降低了冻结强度，使切向冻胀力下降。见图5-10。
图5-10 切向冻胀力与冻土含水量的关系
（2）负温。由于负温增大使冻结强度增加，因此切向冻胀力随温度降低而提高，但到-10℃后，此种增长渐趋减缓。
《渠系工程抗冻胀设计规范》中单位切向冻胀力的取值按表5-16取值。
表中的数值是切向冻胀力的最大值，由于切向冻胀力最大值往往发生在桩基础的下部2/3～4/5处，因此计算切向总力时，对基础长度只考虑有效长度，详见本章第四节。
（四）水平冻胀力
挡土墙背后土体受水平方向或填土顶部的冷流作用而发生冻结，冻结和水分迁移沿着水平方向发生，冻胀受到墙体约束后，对墙体背面产生水平冻胀力。水平冻胀力主要与冻胀性直接相关，冻胀性越大，水平冻胀力也越大。同时与挡土墙的结构有较大关系。对刚度很大的重力式挡土墙，冻胀约束较大，冻胀力也大；反之，对钢筋混凝土薄壁结构挡土墙，在冻胀作用下，可以产生较大变形，使冻胀力衰减。
表5-16 单位切向冻胀力值
注 1.对光滑的钢筋混凝土预制桩，表中数值应乘以0.8。2.对表面粗糙的浆砌石墩台基础，表中数值应乘以1.2。
水平冻胀力沿墙高的分布是不均匀的，随着冻结进程而动态变化，最大单位力值一般位于墙体的中下部，沿墙高不同位置出现最大冻胀力的时间不同步。《渠系工程抗冻胀设计规范》中单位水平冻胀力的取值见表5-17。
表5-17 单位水平冻胀力 单位：kPa
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
