8.2 挡土墙
8.2.1 多年冻土地区的挡土墙宜采用工厂化、拼装化的轻型柔性结构，不宜采用重力式挡土墙。
▼ 展开条文说明
8.2.1多年冻土区挡土建筑物的工作特性：
多年冻土区挡土建筑物的修建，改变了原地表层的热平衡条件，在墙背形成新的多年冻土上限(图12)。每年暖季墙背冻土融化，形成季节融化层，这种融化土层对墙体将作用土压力；在寒季，季节融化层冻结，在冻结过程中，由于土中水分结冰膨胀，冻结土体对挡土墙将作用冻胀力。图13是铁道部科学研究院西北分院，在青藏高原多年冻土地区，对挡土墙变形的观测结果。
由图13曲线可以看出，在寒季初，随着气温的降低，墙背土体温度下降，土体产生收缩，土压力减小，墙体产生向后的变形(位移为负值)。在土压力减小到最小值，而冻胀力未出现之前，墙体向后位移达最大值，曲线达a点。在这段时间里，地面由冻融交替过渡到稳定冻结。在稳定冻结出现后，冻胀力产生，并且随冻深增加，冻胀力增大。墙体在冻胀力作用下，产生向前变位(位移为正值)。冻深达季节融化层厚度时，曲线达b点。在这段时间里，冻胀力随冻深增加而稳步增长。从b点至c点，曲线斜率增大。说明随着冻层温度降低，未冻水大量转变成冰，冻土体积进一步膨胀，冻胀力迅速增大。c点到d点，曲线变平缓，说明冻胀力的增长与松弛基本处于平衡，冻胀力达到最大值。
暖季来临，冻土层逐渐增温融化，冻胀力逐渐减小，直至消失。随着融化深度的加大，土压力逐渐增长，至暖季后期达最大值。
土压力和冻胀力的交替循环作用，是多年冻土区挡土建筑物工作的特点。
墙后土体在冻结过程中，产生作用于墙体的冻胀力称为水平冻胀力。据铁道部科学研究院西北研究所试验测定，水平冻胀力较之土压力要大几倍甚至十几倍。
水平冻胀力的大小，除与墙后填土的冻胀性有关外，还与墙体对冻胀的约束程度有关。如果墙体可以自由变形，即土体冻结过程可以自由膨胀，自然不会有水平冻胀力产生。试验表明，墙体稍有变形，水平冻胀力便可大为减小。传统的重力式挡土墙，变形能力最差，对冻胀约束严重，至使冻结土体产生较大水平冻胀力。冻土地区的重力式挡土墙，在水平冻胀力作用下，经几次冻融循环便可能被破坏。
为适应土体冻胀过程的特性，多年冻土区的挡土建筑物，应采用柔性结构，如：锚杆挡墙、锚定板挡墙、加筋土挡墙以及钢筋混凝土悬臂式挡墙等。柔性结构变形性大，可有效减少水平冻胀力，并可较好保持墙体的完整性。因此，规定多年冻土区挡土墙，应优先考虑工厂化、拼装化的轻型柔性挡土结构，尽量避免使用重力式挡土墙，以加快施工进度，减少基坑暴露时间，提高挡土建筑物的稳定性。
8.2.2 挡土墙的两端部应作坡面防护或嵌入原状土地层，其嵌入深度，对土质边坡，不应小于1.5m；对强风化的岩石边坡，不应小于1m；对微风化的岩石边坡，不应小于0.5m。
▼ 展开条文说明
8.2.2挡土墙端部处理的目的，是防止端部处山坡失稳下滑。使高含冰率冻土暴露，引起热融滑塌病害。尤其在厚层地下冰分布地段，端部若处理不当，山坡热融滑塌是必然的。因此，要求对挡土墙端部进行严格处理，使山坡在修建挡土墙后仍能保持热稳定；挡土墙嵌入原地层的规定与一般地区相同。
8.2.3 当墙后边坡中含土冰层累计厚度大于200mm时，应用粗颗粒土换填，水平方向的换填厚度应根据热工计算确定，但从墙面起算的厚度，不得小于建墙地点多年冻土上限埋深的1.5倍，换填时应分层夯实。
▼ 展开条文说明
8.2.3修建挡土墙后，墙背多年冻土将融化而形成新的多年冻土上限。为防止墙背地面塌陷，保持墙后山坡的热稳定，对边坡中的含土冰层应进行换填。含土冰层累计厚度大于200mm需进行换填的规定，是考虑墙后季节融化层范围内土体产生200mm沉陷时，山坡不致失去热稳定而规定的。据野外勘察经验，在青藏铁路沿线厚层地下冰分布地段，山坡局部铲除200mm草皮与土层后，山坡仍能保持热稳定。若挖较大较深试坑，山坡将产生明显的地面热融沉陷，形成积水洼地。换填厚度不得小于当地天然上限埋深1.5倍的规定，是考虑墙体和换填粗颗粒土导热系数较大，为保证墙后边坡冻融循环只发生在换填土体中而提出的。
8.2.4 沿墙高和墙长应设置泄水孔，并按上、下，左、右每隔2m～3m交错布置。泄水孔的进水侧应设置反滤层，其厚度不应于300mm，在最低泄水孔的下部，应设置隔水层，防止活动层的水渗入基底。
▼ 展开条文说明
8.2.4水平冻胀力的大小，与墙后土体的含水率有着密切关系，它随含水率的增大而增大。因此，疏干墙背土体，对保证挡土建筑物的稳定有重要意义。挡土墙修建后，山坡活动层中冻结层上水向墙后聚集，如不能及时排除，对墙体稳定性的危害是极大的，故要求设置泄水孔，泄水孔的布置与做法与一般地区相同。
8.2.5 挡土墙墙背和墙顶地面应设置隔热层，采用不冻胀的粗颗粒土换填墙背边坡冻胀性土等，隔热层厚度和换填厚度可通过热工计算确定。
▼ 展开条文说明
8.2.5减小水平冻胀力的常用方法如下：
1结构措施。采用柔性结构挡土墙，增大挡土墙的变形能力，以减小对墙后土体冻胀的约束，从而减小水平冻胀力。
2换填措施。用粗颗粒不冻胀土换填墙背活动层冻胀性土，消除或减小水平冻胀力。
3隔热措施。在墙背和墙顶地面设置隔热层，减小墙背季节融化层的厚度，从而减小水平冻胀力。
8.2.6 沿墙长每15m应设伸缩沉降缝，缝内采用渣油麻筋沿墙的内、外、顶三边填塞，塞入深度不应小于200mm。
▼ 展开条文说明
8.2.6多年冻土地基土体的不均匀性，较一般非多年冻土地基土体更甚。在挡土墙修建后，由于气候变化和各种外来干扰的影响，地基多年冻土的不均匀蠕变下沉是可能出现的。因此，在挡土墙长度较大时，要求设沉降缝。为防止雨水和地表水沿沉降缝渗入地基，影响地基多年冻土的稳定，要求沉降缝用渣油麻筋填塞。使用渣油的目的是因渣油凝固点较低，在寒冷气候条件下有较好的韧性。沉降缝的做法与一般地区相同。
8.2.7 多年冻土挡土墙的施工宜在冬季进行。在高含冰率多年冻土地段暖季施工时，应预先编制施工组织设计，作好施工准备。基坑开挖后，应采用“快速施工、连续作业”方法。缩短基坑暴露时间。应加强暴露多年冻土的临时隔热防护，不得将高含冰率多年冻土和地下冰直接暴露在太阳光下。施工时，基坑不得积水。基础完成后，应立即回填基坑。
▼ 展开条文说明
8.2.7多年冻土区挡土墙的施工，将给多年冻土地基带来热干扰，使地基和墙背多年冻土融化。在厚层地下冰分布地段施工时，如果处理不当，地下冰的融化往往带来严重灾害，使施工无法进行。这在青藏铁路多年冻土地区的科研工程施工中，有过多次的教训。例如：1960年，铁道部高原研究所，决定在高原多年冻土地区的风火山，修筑试验路基工程100m。由于缺少多年冻土工程施工经验，采用一般地区施工方法，至使厚层地下冰暴露融化，形成一个泥水大坑，人员、机具无法进入，使施工无法进行而废弃。这段废弃工程，使山坡失去热稳定，形成大规模热融滑塌。经15年后，山坡才形成新的热平衡剖面，恢复稳定。经验表明：暖季施工时，为使施工顺利进行，使挡土建筑物和斜坡具有满意的稳定性，认真编制施工组织设计，充分做好施工准备，加强基坑暴露多年冻土的临时隔热防护，采用“快速施工、连续作业”的施工方法，是多年冻土区挡土建筑物施工所必须遵守的原则。
寒季施工多年冻土地区的挡土建筑物，具有工期不受限制，暴露多年冻土和地下冰无需临时隔热防护，人员、机具、工序可自由安排等优点。因此，在可能条件下，多年冻土地区的挡土建筑物，宜选择在寒季施工。
季节冻土区冻土建筑物的施工不受上述限制。
8.2.8 冻土地区挡土墙的设计荷载效应组合应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定，但应考虑作用于基础的冻结力和墙背的水平冻胀力。荷载效应组合时水平冻胀力和土压力不应同时组合。
▼ 展开条文说明
8.2.8在多年冻土地区和季节冻土地区，作用于挡土建筑物上的力系，在寒季和暖季是不同的。在寒季，挡土墙地基、墙背活动层冻结过程中，作用于挡土建筑物的主要力系是冻结力和冻胀力。主动土压力、摩擦力、静水压力和浮力等，可能部分消失或全部消失。在暖季，冻结力和冻胀力可能部分消失或全部消失。在确定设计荷载时，应根据挡土墙基础埋深、冻土工程地质条件和水文地质条件等，综合考虑确定作用力系。例如，在多年冻土区，寒季作用于挡土墙的主要力应为墙身重力及位于挡土墙顶面的恒载、冻结力、水平冻胀力、切向冻胀力和基底反力等。在暖季，应为墙身重力及位于挡土墙顶面以上的恒载、主动土压力、冻结力和基底反力等。土压力和水平冻胀力不同时考虑，是因为土压力在暖季作用，这时，水平冻胀力已消失。在寒季，随着墙背土体冻结，活动层失去散粒体特性，变成“含冰岩体”(冻土相当于次坚硬岩石)，土压力消失，水平冻胀力作用。
8.2.9 作用于墙背主动土压力的计算，应根据挡土墙背多年冻土人为上限的位置来确定。当上限较平缓，滑裂面可在墙背融土层中形成时，可按库仑理论或朗肯理论计算；当上限较陡，墙背融土层厚度较小，滑裂面不能在融土中形成时，应按有限范围填土计算土压力。这时，应取多年冻土上限面为滑面，并取冻融过渡带土的内摩擦角和黏聚力计算主动土压力。
▼ 展开条文说明
8.2.9在多年冻土区，挡土墙修筑后，在墙背将形成新的多年冻土上限，如图12所示。当墙高较低时，墙背多年冻土上限面与垂直面的夹角较大。当墙体增高时，这个夹角减小；当墙体足够高时，夹角减小至零。
暖季，挡土墙背土压力的计算，可根据上述夹角的大小来确定。当夹角大于(45°-φ/2)时，内破裂面可能在融土中形成，可通过试算确定；如小于(45°-φ/2)时，则不可能在融土中形成内破裂面，可按有限范围填土计算作用于挡土墙的主动土压力。
8.2.10 冻融过渡带土的内摩擦角和黏聚力应由试验确定。当不能进行试验时，可按下表的规定取值。
▼ 展开条文说明
8.2.10土冻融过渡带的抗剪强度指标，是根据铁道部科学研究院西北分院的研究资料给出的。1978年，该院在铁道部风火山多年冻土站，进行了现场冻融过渡带大型剪切试验，和室内冻融过渡带小型剪切试验。现场细颗粒土试验结果见表22，室内小型剪切试验结果见表23。
综合现场试验和室内试验，考虑墙后细颗粒回填土的含水率多在最佳含水率附近，即20％左右，从而给出本规范第8章表8.2.10中所列细颗粒填土冻融过渡带的抗剪强度值。从表可以看出，它较之一般非冻土区给出的内摩擦角约小10°。表8.2.10中砂类土和碎、砾石土冻融过渡带抗剪强度无试验资料，表中的值是对照细颗粒土，按小10°给出的。
8.2.11 作用于墙背的水平冻胀应力的大小和分布，应由现场试验确定。在不能进行试验时，其分布图式可按图8.2.11选定，图中最大水平冻胀应力值应按表8.2.11的规定取值，并应符合下列规定：
1 对于粗颗粒填土，均可假定水平冻胀应力为直角三角形分布(图8.2.11a)；
2 对于黏性土、粉土，当墙高小于或等于3倍多年冻土上限埋深za时，宜采用图8.2.11b的分布图式；当墙高大于3倍上限埋深za时，可采用图8.2.11c的分布图式；
3 对于各种分布图式，在计算中均可不考虑基础埋深部分的水平冻胀力；
4 当通过计算所得挡土墙断面过大时，应根据本规范第8.2.5条的规定，采取减小水平冻胀力的措施。
▼ 展开条文说明
8.2.11水平冻胀力的分布图式和最大水平冻胀力值，是根据青藏高原多年冻土区和东北季节冻土区现场实体挡土墙和模型挡土墙试验资料给出的。
1979～1981年，黑龙江省水利勘测设计院和黑龙江省寒地建筑科学研究院，在黑龙江省巴彦县东风水库场地。对挡土墙水平冻胀力进行了测定。水平冻胀力沿墙背的分布见图14。
1976～1978年，铁道部科学研究院西北分院，在铁道部风火山多年冻土站，进行了铁路路堑挡墙水平冻胀力测定试验。试验挡墙为钢筋混凝土“L”形挡墙，墙高为4m和5m两种，长15m。4m墙后填土为细颗粒土，5m墙后填土为粗颗粒土。三年测得的墙背最大水平冻胀力分布曲线如图15所示。图中，墙前地面以下墙背的应力值，为活动层内水平冻胀内力与挡墙转动时下部的水平反力之和，与挡墙计算关系不大。
1983～1986年，黑龙江省水利科学研究所，在哈尔滨万家冻土试验场，进行了专门测定水平冻胀力的挡土墙模型试验。测得的水平冻胀力分布图式如图16所示。
1983年，吉林省水利科学研究所，在东阿现场锚定板挡土墙试验中，对墙背水平冻胀力进行了测定。其分布图式如图17所示。
从各试验资料可以看出：水平冻胀力沿墙背的分布，基本呈三角形。这种分布规律与挡墙的冻结条件和墙后填土中水分分布规律有关。在一般情况下，墙背填土中的含水率上部小，中下部大；在二维冻结条件下，墙背上部土体冻结快，冻胀较小；中、下部土体冻结慢，冻胀较大。所以，水平冻胀力在墙背一般呈三角形分布。据此，提出了墙背水平冻胀力分布的三角形计算图式。
水平冻胀力计算图式中，最大水平冻胀力的作用位置，是综合上面各实测资料给出的。梯形分布图式中，1.5倍上限埋深，是考虑消除来自地面的冷能量对挡墙中部墙背土体冻结的影响而提出的。据风火山观测资料，如果从地面出现稳定冻结算起，负气温对1.5倍上限深度地温的影响将在两个月以后，而墙背活动层的冻结只需(1～1.5)月，故认为在1.5倍上限深度以下，挡土墙背土体的冻结是一维的。
本规范第8章表8.2.11中给出的最大水平冻胀力值，是根据上述各试验地点实测值，综合分析提出的。这些实测值见表24。
上面的现场实测资料，都是在墙高较小(小于5m)的情况下测得的。若墙高较大，挡墙中部的冻结条件可以看作是一维的，其水平冻胀力应大体相等。故在计算图式中，给出了高墙时的梯形分布图式。
对青藏高原实体挡土墙和模型挡土墙测得的水平冻胀力，按本规范第8章图8.2.11的分布图式，换算得出如下一组最大水平冻胀力值(kPa)：
57，90，80，90，98，81，94
将上面样本进行数学期望与方差运算得：
算术平均值
＝84；标准差S＝13.7。
总体平均值落在111.4kPa和56.6kPa之间的概率为95.4％。风火山试验挡土墙土体的平均冻胀率为4.3％，所以，对于冻胀土(η大于3.5，小于或等于6.0)，给出水平冻胀力值为70kPa～120kPa。
同样，对风火山实体挡土墙墙背粗颗粒填土(η等于2.1％)的观测值，经换算后进行统计得：均值
＝49；标准差S＝16。
总体平均值落在81kPa和17kPa之间的概率为95.4％。
所以，对于弱冻胀土(η大于1，小于或等于3.5)，给出水平冻胀力值为15kPa～70kPa。
将东北季节冻土区挡墙水平冻胀力的观测值进行换算，得：
1984～1985年，冻胀率η＝10.5时，最大水平冻胀力为160kPa；
1985～1986年，冻胀率η＝21.3时，最大水平冻胀力为230kPa。
综合上面统计计算资料，给出了本规范第8章表8.2.11中的水平冻胀力标准值。
8.2.12 挡土墙基础与冻土间的冻结强度特征值，应由现场试验确定。在不能进行试验时，可按本规范附录A表A.0.3-1的规定取值。
8.2.13 在季节冻土区和多年冻土区中的融区，挡土墙基础底面低于最大冻深线的深度可视建筑物的重要性和工程地质条件通过计算确定，且不应小于0.25m。需将基础埋在季节冻深线以上时，基础的埋置深度可根据本规范附录C的规定经计算确定。
▼ 展开条文说明
8.2.13在多年冻土中融区和季节冻土区，季节冻结层按冻胀量沿深度的分布，一般可划分出“主冻胀带”和“弱冻胀带”。据野外观测，“主冻胀带”分布在季节冻结层的上部约1/2～2/3的部分，80％以上的冻胀量在这个带出现。在“主冻胀带”以下，土层冻结所产生的冻胀量就较小了。在设计融区和季节冻土区支挡建筑物时，基础埋深，可考虑冻胀量沿深度的分布特点，视建筑物的重要性和工程地质条件，经计算确定。
8.2.14 在多年冻土区，挡土墙基础底面应埋入多年冻土人为上限以下至少0.5m。无挡土墙人为上限资料时，基础埋探应不小于建筑地点多年冻土天然上限的1.3倍。
▼ 展开条文说明
8.2.14在多年冻土区，由于多年冻土的隔水和冷冻作用，冻结活动层中的水分多呈“K”形分布。即活动层上部和下部土体的含水率均较大。在设计挡墙基础埋深时，如果把基础置于多年冻土上限附近活动层，在冻结过程中，自下而上的冻结，将对挡墙基础作用巨大的法向冻胀力。据铁道部科学研究院西北分院风火山多年冻土站试验资料，埋深上限附近的基础(埋深1.2m，上限1.4m)，作用于基础的法向冻胀力达1100kPa，即每平方米达1100kN。这样巨大的冻胀力，是无法用建筑物的荷重来平衡的。为保证支挡建筑物的抗冻胀稳定，要求多年冻土地区的挡墙基础，必须埋在稳定人为上限以下，以消除法向冻胀力的作用。
据铁道部科学研究院西北分院在青藏高原多年冻土地区的试验，带八字墙的涵洞，地基多年冻土的人为上限，约为设涵地点多年冻土天然上限的1.25倍。所以，在这里规定，多年冻土地区挡土墙基础的埋深不得小于建筑地点天然上限的1.3倍。
8.2.15 多年冻土区的挡土墙是础，宜采用预制混凝土拼装基础。在冻土条件复杂。明挖施工有困难的地段，也可采用桩基础。不宜采用现浇混凝土基础。
▼ 展开条文说明
8.2.15实践表明：多年冻土工程的成败，在于地基基础设计的合理性与否，支挡建筑物也不例外。采用合理的基础形式，选择适当的施工季节和施工方法，是成功修建多年冻土区支挡建筑物的关键。尽量减少施工对地基多年冻土的热干扰，是多年冻土区基础施工所必须遵循的原则。预制混凝土拼装基础，是多年冻土工程较理想的基础形式。预制混凝土拼装基础，可以减轻劳动强度，加快施工进度，减少基坑暴露时间，从而有效减少对地基多年冻土的热干扰。现浇混凝土基础，由于带进地基中的水化热较多，对地基多年冻土的热干扰大，于基础、地基的稳定是极不利的。因此，多年冻土地基上的基础，尤其是高含冰率多年冻土地基上的基础，是不宜采用现浇混凝土基础的。故本节提出避免采用现浇混凝土基础。
8.2.16 基础埋设于富冰和饱冰冻土上时，基础底面下应敷设厚度不小于300mm的砂垫层。当遇含土冰层时应采用粗颗粒土进行换填，其换填厚度不应小于基础宽度的1/4，且不应小于300mm。
▼ 展开条文说明
8.2.16富冰和饱冰冻土地基上作300mm砂垫层的目的，是使地基土受力均匀，防止局部应力集中，造成冻土中冰的融化，使多年冻土地基失去稳定。
含土冰层不适合直接用作建筑物地基，是因为含土冰层长期强度甚小，在外荷作用下，可能产生非衰减蠕变而使建筑物产生大量下沉而破坏。因此，需对基础下含土冰层进行换填，以使基础作用于含土冰层上的附加应力减小。换填深度应根据作用于基础的恒载、地基的允许变形和含土冰层的蠕变特性，通过计算确定。一般不宜小于基础宽度1/4。
8.2.17 在多年冻土地区施工时，应减少基坑暴露时间。当挡墙长度较大时，应采用分段施工。基础砌筑完成后，应立即回填。回填前，基坑中积水应予排干，用细颗粒土回填并分层夯实。不得用冻土块回填基坑，基坑顶面应做成不小于4％的排水坡。
8.2.18 冻土地区的挡土墙，除应进行抗滑和抗倾覆稳定验算外，尚应进行挡墙各截面的强度验算。抗滑和抗倾覆稳定验算应计入土压力和冻胀力的作用，并应按暖季和寒季分别进行验算。
▼ 展开条文说明
8.2.18冻土地区的挡土墙，在墙背土体的冻融循环过程中，反复承受土压力和水平冻胀力的交替作用。在一般情况下，水平冻胀力较之土压力要大得多。在水平冻胀力作用下，挡土墙抗滑和抗倾覆稳定能满足要求时，土压力作用下的稳定是没有问题的。但是，在采取某些减小水平冻胀力的措施后，有可能使水平冻胀力小于土压力。另一方面，在寒季和暖季，阻止墙体滑动的力和作用于墙上的推力是不同的。在寒季能满足稳定要求，在暖季则不一定。因此，要求在寒季和暖季分别对挡土墙进行抗滑和抗倾覆稳定检算。
8.2.19 沿基底的滑动稳定系数Kg应按下式计算：
8.2.20 基底的抗倾覆稳定系数K0应按下式计算，且不得小于1.6：
▼ 展开条文说明
8.2.19、8.2.20抗滑稳定系数Ks不小于1.3，抗倾覆稳定系数K0不小于1.6，是根据现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007提出的。
8.2.21 在冻胀力作用下，挡土墙各截面的强度验算应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《砌体结构设计规范》GB 50003的有关规定进行。
8.2.22 冻土中的锚杆和锚定板均应进行承载力计算，作用于锚杆和锚定板上的荷载应符合下式规定：
▼ 展开条文说明
8.2.22冻土区的支挡结构物，承受着远比库仑土压力大的水平冻胀力作用。若采用一般重力式挡墙，往往由于截面过大而欠经济合理，同时也难以保持支挡建筑物本身的稳定。在冻土区，若采用柔性结构挡土墙，例如，锚杆和锚定板式挡土墙，既能有效地减小水平冻胀力的作用，又可充分利用冻土高强度特性，是冻土区较为理想的支挡结构形式。
季节冻土区，锚杆和锚定板的计算，可按一般地区锚杆和锚定板的计算方法进行。多年冻土区，锚杆和锚定板的计算按本节规定进行。
冻土是一种具有明显流变特性的多相岩体。当作用于冻土的应力小于冻土长期强度时，冻土的蠕变变形是衰减的。在锚杆和锚定板的计算中，要求作用于锚杆和锚定板受力面上的应力，应小于冻土的长期强度。这样，在荷载作用下，锚杆和锚定板的变形是很小的，甚至是可以忽略的。
8.2.23 冻土中，锚杆承载力特征值Rta，应按下式计算：
8.2.24 钢筋混凝土锚杆的冻结强度修正系数，可按表8.2.24选用；锚杆与周围冻土间的长期冻结强度，应为表中数值乘以0.7的系数。
▼ 展开条文说明
8.2.23、8.2.24冻土中锚杆的承载力，是由锚杆与冻土间界面的抗剪冻结强度提供的。1979～1980年，铁道部科学研究院西北分院，在青藏铁路沿线多年冻土地区的风火山，进行了垂直插入式钢筋混凝土锚杆的抗拔试验。试验表明：在锚杆-冻土界面上，剪应力的分布是不均匀的。上部应力大，下部应力小。且随深度增加，应力迅速减小，呈指数规律衰减。应力的传播深度，随荷载的增加而增大。这种分布规律，决定着锚杆体系的破坏特性。在荷载作用下，锚杆上部剪应力增大，随着荷载的增加，锚杆上部界面达到冻结强度极限，冻结强度破坏。在这一部分冻结强度破坏后，最大剪应力向下传播(图18)，下一部分锚杆进入极限状态。如此渐进破坏，直至锚杆承受极限荷载。
图18冻土中锚杆剪切界面上应力沿深度的分布（31号锚杆D=100mm）
从锚杆体系中应力分布和锚杆冻结强度渐进破坏的特点可以看出：锚杆体系在承受极限荷载时，锚杆上部部分冻结强度已经破坏。承担极限荷载的，只是冻结强度未破坏的那部分锚杆。因此，可把冻结强度未破坏的那部分锚杆的长度称为“有效长度”。
试验还表明，在冻结强度破坏后，在锚杆～冻土界面上还存在残余冻结强度。据冰川冻土研究所试验，残余冻结强度，约为长期冻结强度的80％。
因此，现场试验中得出的长期极限抗拔力，是由长期残余冻结强度和长期冻结强度组成的。由长期极限抗拔力算出的锚杆平均冻结强度，是长期冻结强度和长期残余冻结强度的综合值。
钢筋混凝土锚杆的冻结强度修正系数，与锚杆锚固段的长度和直径有关。即锚杆的长度和直径，影响锚杆的平均冻结强度。
锚杆的极限荷载除以锚杆的冻结面积所得的平均冻结强度，称为锚杆的换算冻结强度。锚杆的换算冻结强度随锚固长度增加而减小。这种影响可用长度影响系数来表示：
本规范表8.2.24中给出的锚杆冻结强度修正系数，是长度影响系数与直径影响系数的乘积。
本规范表8.2.23中给出的冻结强度值，是在锚杆直径为100mm，锚固段长度为1000mm时，现场试验得出的。
8.2.25 冻土中锚杆的锚固长度应由承载力计算确定，并不宜大于3m，当锚固长度不够时，可加大锚杆直径。
▼ 展开条文说明
8.2.25冻土的强度，具有明显的峰值，即极限破坏强度。峰值强度出现后，冻土破坏，发生破坏位移，最后达稳定位移时的强度，称为残余强度。冻结强度亦存在峰值冻结强度和残余冻结强度。残余冻结强度值是较大的。一般可达长期冻结强度的80％。为提高锚杆的承载能力，可利用锚杆的残余冻结强度。其方法是加长锚杆锚固段的长度。也就是说，可以利用残余冻结强度来满足锚杆承载力的要求。从理论上讲，锚固段可以任意加长，只要锚杆的材料强度能满足要求就行。
然而，冻土中锚杆要达到极限承载力，锚杆必须有足够的拉伸变形。即锚杆必须达到一定的临界蠕变位移。图19是铁道部科学研究院西北分院在锚杆现场试验中，得出的锚杆临界蠕变位移与锚固段长度的关系曲线。由图可以看出，锚杆临界蠕变位移，随锚固段长度增加迅速增大。因此，靠增加锚固长度来满足承载力的要求，在很多场合是行不通的。据现场使用经验和理论计算，在一般情况下，冻土中锚杆以粗、短为宜。因为加大锚杆直径，可使冻结面积迅速增大，从而可大大增加锚杆的承载能力；采用较短锚杆，可使锚杆的临界蠕变位移减小，从而减小支挡建筑物的变形。
本节的锚杆计算，是按第一极限状态法进行的。即锚杆在荷载作用下，剪切界面上的应力小于极限长期强度。在这种情况下，锚固段过长是无意义的。因为根据现场锚杆抗拔试验，在一般情况下，界面上应力的传播深度约为2.0m～2.5m。超过这一长度的锚固部分是不参加工作的。所以，我们规定冻土中锚杆锚固长度一般不宜超过3m。
8.2.26 冻土锚杆周围填料厚度不宜小于50mm。
▼ 展开条文说明
8.2.26锚杆周围填料厚度不小于50mm的规定，是为了保证锚杆体系的剪切界面在锚杆与填料之间。厚度太小，则剪切界面可能出现在填料与冻土之间，这与所有的计算是不符的。根据铁道部科学研究院西北分院试验资料，在遵守填料厚度不小于50mm的条件下，锚杆直径的增加不改变剪切界面的位置，即剪切界面永远为锚杆与填料间界面。
8.2.27 锚定板承载力的特征值Rta，可按下式计算：
8.2.28 在季节冻土地基中，锚杆和锚定板承载力的计算，在寒季挡土墙上的作用力应按本规范第8.2.8条的规定确定。
8.2.29 冻土中锚定板的最小埋深不得小于1.0m，也不得小于板长边尺寸的2倍。
▼ 展开条文说明
8.2.29锚定板的埋深是由设计荷载和锚定板前方冻土的阻力(抗剪强度)决定的。冻土阻力是随锚定板埋深而变化的。当锚定板面积一定时，可以改变锚定板的埋深，来满足设计荷载的要求。在锚定板埋深不变时，为满足设计荷载要求，只有改变锚定板面积。不论何种情况，考虑锚定板的整体稳定，其埋深都不应小于某一极限值——锚定板的最小埋置深度。
假定锚定板整体稳定破坏时，锚定板前方的冻土和融土沿图20中所示的锥面发生剪切，这时，外荷载应与破坏面上的剪力相平衡，即：
根据实验，a角一般在25°～30°，若取a＝30°，设计荷载为60kN，锚定板直径为300mm，锚定板前方为冻结砂黏土，土温为-15℃，则长期黏聚力为c＝108kPa。将上述数据代入公式(6)，解得H=351.6mm。
锚定板在冻土中的最小埋深，应通过计算，并考虑到可能遇到的不利情况(例如冻土温度的变化等)来确定。
