我国幅员辽阔,桥梁工程涉及到的自然环境和地质条件多样,由此也形成了相关工程建设的不同技术难点。其中冻土区域施工常会导致因类型不同以及季节影响而导致桥梁或建(构)筑物的基础稳定和承载及变形问题。针对这些问题,为保证桥梁结构的稳定性,本文从桥梁桩基础的分类、单桩轴向荷载的传递机理入手,阐述了冻土区桥梁单桩基础地基回冻过程研究的意义,并分析了冻土区桥梁桩基础工程回冻过程对单桩承载力和桥梁施工的影响,提出了相关施工的关键技术和工艺,希望能对冻土区桥梁工程的设计、施工提供一些参考。
以传热学理论为基础建立冻土区单桩地温场的热分析模型,采用有限单元法在考虑裸露桩基表面吸收太阳辐射同时与大气自然对流换热、冻土相变、气候变暖条件下,计算了青藏高原典型的湿润性永久冻土区桩周冻土未来40 a的升温过程及桩基承载力变化,分析裸露桩长和初始年平均气温对地温及桩基承载力的影响。结果表明:太阳辐射和气候变暖使桩土界面温度升高导致单桩承载力降低;裸露桩长越长吸收的太阳辐射越多,主要体现在冬季,温度升高承载力下降,夏季升温不明显;初始年平均气温对桩基础承载力影响显著,初始年平均气温升高1℃,冬季桩基础承载力下降800～1 000 kN,夏季承载力下降400～700 kN。
多年冻土地区钻孔灌注桩在施工过程中产生的各种热量引起了桩周冻土一定范围升温及融化,本文按照桩周冻土颗粒的不同,编制Visual Basic6.0程序计算桩周融土压力,从而计算回冻初期单桩承载力。所得结果与按照铁路桥涵与公路桥涵规范公式计算结果对比。并结合工程实例对多年冻土地区的钻孔灌注桩回冻初期的单桩承载力进行了计算分析。所得结论可为多年冻土地区桥梁工程施工计划的制定提供参考。
考虑大气温度、水文地质条件,混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应,以传热学为基础,给出了冻土区单桩地温场控制微分方程、边界和初始条件,以及其空间分析的有限元计算模式。结合工程实例对青藏高原典型湿润性地段多年冻土区的钻孔灌注桩单桩回冻过程温度场进行了计算,给出了桩身温度随深度及回冻时间的变化。以设计规范为基础对单桩回冻过程中温度场的变化对单桩承载力的影响及施工进程的影响进行了分析,所得结论可为多年冻土区桥梁工程施工计划的制定提供理论依据。