为了深入研究多年冻土地区铁路桥梁桩基础设计，基于多年冻土地区铁路桥梁桩基础承载力计算理论，分析实际工程中桩基础与多年冻土的相对位置不同情况下设计注意事项。一般冻土层厚度与桩基础有4种相对位置关系，表层季节融化层厚度决定桥梁承台的埋置原则。当多年冻土天然上限较高时，承台底埋置于人为上限之下≮0.25m，桩周阻力根据多年冻土厚度分别由冻结力提供或冻结力与摩阻力共同提供；当天然上限较低时，为了降低承台基坑开挖对地下多年冻土的扰动及减少工程投资，承台底面应上抬至地面之上≮0.3m，桩周阻力亦根据多年冻土厚度分别由冻结力提供或冻结力与摩阻力共同提供，这种情况下，季节融化层夏季融沉产生的负摩阻力对桩长的影响不可忽略。另外，多年冻土地区桥梁桩基设计需要采取一定措施如设置永久钢护筒、涂抹沥青渣油、回填卵砾石土等方法来降低后期病害。
在工程建设项目实施过程中,由于多年冻土地表覆盖条件被建(构)筑物破坏,改变了土体的热平衡状态,多年冻土退化,冻土上限将下移,季节融化层的融沉固结使桩基负摩擦力增大,因此,研究冻土融化后负摩阻力对桩基承载力的影响更具有工程实用价值。该文通过室内试验,研究土体在融化过程中融沉量的变化,土体融沉量与温度之间的关系,获得季节融化层负摩阻力与含水量之间的关系,为指导冻土地区桩基础设计和施工提供有力的技术支持和理论依据。
工程研究的主要目标是获得有关自然条件下季节融化层信息;找出下方道路路基冻土的组成和性质;研究堤岸基础土壤(解冻和冷冻)的热状况和识别配置技术以及融区的厚度;分析融区和道路变形之间的连接。阿穆尔公路的成岩基地研究采用了冻土地质工程监测手段。根据所获得的结果显示,多年冻土的自然技术动态区域概况已经形成。研究发现了永久冻土层的高含冰量和融区厚度的道路路堤高度,同时建立了底层土壤的组成和水含量的关系。相对于该地区的自然环境,指出了在自然条件下的全球区域气候变化中高含冰量冻土的大贯量。
研究目的:本文从分析冻土区路基表层的冻胀特征和底层的融沉特征入手,提出路基结构设计中冻土区路基表层的防冻胀措施以及低含冰量冻土和高含冰量冻土路基的防热融措施。研究结论:认为按地质和地温条件处理冻土,保持多年冻土上限不下降后,路基结构按“封闭系统”冻结条件进行设计,表层冻融层内用不冻胀的粗粒料填筑,其它部分按常规路基设计,即可满足多年冻土区路基结构功能的要求。
分析多年冻土地区铁路路基冻害的主要类型及其形成的主要原因,介绍了多年冻土的地温分区和冻土分类及多年冻土地区路基设计原则及应用范围,提出了多年冻土地区铁路路基病害综合防治措施。
在黑龙江省均有季节冻结和季节融化现象发生,多年冻土区有季节融化层,季节冻结层主要分布在多年冻土区以外的地区。按季节冻结类型可把黑龙江省季节冻土分为过渡型、半过渡型、长期稳定型和稳定型等类型。季节冻结和融化深度在年际间有很大的差异,在多年冻土区南界附近,季节冻深年际间变化最大。土季节冻结和融化的影响因素主要有雪盖、植被、土壤成分及含水量、地表状况和地形等。
应用数值方法模拟了在气候持续以0.04℃/a速度变暖条件下。我国青藏高原多年冻土边缘附近高温冻土热状况的变化趋势。模拟结果表明,在计算所假设条件下,当初始地面年平均温度分别为0.5,0和-0.5℃,14m深度上的年平均温度为0.41,-0.11和-0.59℃,冻土厚度为4.5,16.8和29.0m时,50a后,初始地面年平均温度为0.5℃的多年冻土将退化为季节冻土;初始地面温度为0.0℃和-0.5℃的多年冻土将由衔接型变为不衔接型,多年冻土顶板分别下降为5m和4m,且顶板下降速度随时间延长逐渐增大;14m深度的年平均温度分别升高为1.76,0.0和0.0℃。
在青藏高原多年冻土区，沥青路面的辅设改变了地表与大气之间的热交换关系，尤其是路面水分蒸发量大量减少，致使路面温度突然升高，多年冻土层内能量积蓄增多，地温升高，上限逐年下降。最终在路基下多年冻土顶板上形成融化夹层，并随时间延长，多年冻土顶板下降，融化夹层逐年扩大，多年冻土地下冰融化，路面破坏，严重影响道路运营