探究多年冻土区桩侧冻土含冰量差异对桩基础承载性能的影响,不仅有助于冻土区桩基础的设计施工,而且对桩基础变形防控有重要指导意义。利用ABAQUS有限元软件,模拟计算桩侧不同含冰量分布模式下桩基础的荷载传递和承载力。桩侧含冰量分布模式设置为:倒梯形(含冰量沿桩深减小)、灯笼形(含冰量沿桩深先增大再减弱)和正梯形(含冰量沿桩深增大)。结果表明:尽管桩侧总体含冰量相同,桩基础的承载性能受桩侧土体的含冰量影响显著。取荷载为26 MN进行分析,倒梯形、灯笼形及正梯形工况对应位移依次为0.026 m、0.030 m及0.032 m;在相同荷载下,桩侧土体含冰量倒梯形分布时的桩顶沉降要小于正梯形分布时的沉降,而灯笼形分布情况介于二者之间;桩侧摩阻力整体呈现上大下小的趋势。研究成果可为寒区基础工程设计与施工提供理论参考。

多年冻土地区钻孔灌注螺纹桩是一种新型桩型，研究其竖向承载特性，对其推广应用具有重要价值。基于室内模型试验验证数值方法，并通过数值模拟，研究其承载力组成模式并与广泛使用的普通钻孔灌注桩比较，最后提出多年冻土区钻孔灌注螺纹桩单桩承载力估算办法。研究表明：多年冻土地区钻孔灌注螺纹桩90%承载力来源于桩侧混凝土与冻土机械咬合作用，多年冻土的抗剪强度决定桩基承载力，季节活动层对其承载力影响很小，桩体承载力全年稳定。多年冻土地区钻孔灌注螺纹桩桩侧螺纹与土体咬合，通过轴力计算的等效摩阻力远大于常规灌注桩与冻土间的冻结力。多年冻土地区钻孔灌注螺纹桩达到极限承载力后桩侧塑性区连通，桩周土体剪切破坏，使用改进公式计算单桩竖向承载力在工程实践中可以有效估算单桩承载力设计值。

设计开展了不同温度和初始干密度工况下冻土桩基的水平承载特性试验,试验结果表明:相同温度下,桩基的桩顶位移随干密度的增大而逐渐减小,但是当温度为-0.5℃时,桩顶位移随干密度的增大而增大,相同干密度情况下,温度越高,桩顶位移越大,且破坏方式由脆性向塑性转变;荷载和温度越高,干密度越小时,桩身最大弯矩值越大,对桩身产生的弯矩影响范围也越大;采用等时荷载—位移曲线法得到了不同工况下桩基的临界水平承载力,并经拟合分析得到了冻土桩基在不同工况下的水平临界承载力经验公式,相关研究结果可为冻土地区桩基工程设计和施工提供借鉴。

针对铜仁奥体中心体育场椭圆形车辐式张拉索膜罩棚结构,对其结构体型、雪荷载分布、整体稳定性、抗倒塌性能、索夹抗滑移承载力进行了专项研究。研究结果表明:车辐式索网结构内环与外环平面投影形状相似,径向索沿环索法向布置为力学状态最优方式,可使屋盖整体结构为重力作用下自平衡体系;外环采用冗余度较高的水平桁架可显著减小径向索破断后内环形状突变对外环受力的影响;利用风致积雪试验确定雪荷载分布;根据极限承载力分析,验证了增加内环交叉拉索可显著提高结构整体稳定性;通过抗倒塌分析,保证了整体结构在偶然断索状况下的安全性;最后,通过试验确定了环索索夹抗滑移承载力。

为了弄清冻土季节性冻融循环过程对输电线路塔基极限承载力的影响,文章以黑龙江省典型季节性冻土为例,研究了土体含水量和冻融循环引起土壤的变化情况,采用极限平衡法计算分析了输电线路塔基的极限抗拔承载力。结果显示:(1)土壤黏聚力和内摩擦角整体随土壤含水量的呈线性下降趋势,但是内摩擦角下降率略低于黏聚力;(2)随着冻融循环次数的增加,土壤黏聚力和内摩擦角呈反饱和下降态势;(3)杆塔基础的极限承载力随着冻融循环次数、含水量的增加而直接下降。研究成果为冻土区域输电线路设计与运行提供技术支撑。

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。

通过青海国道G227桥涵病害普查发现,由于桩基冻土融沉而造成桥台病害及盖梁开裂的现象在冻土退化边缘带分布广泛。根据实测数据及Midas FEA仿真综合分析得知:桩侧土融沉过程中,桩基承载力从桩身中上部向桩底1/3处移动,桩位移显著增大,在不同温度下,桩下沉位移差别较大,冻土上限区域有必要通过减小摩擦的方式降低负摩阻力及冻胀力的影响。

为提高冻土地区桩基极限承载力试验结果的准确性,以高温、高含冰量冻土桩基为例,利用室内冻土桩基模型试验开展了不同加载方式下冻土桩基极限承载力的研究,各加载方式分别为现行规范中已在采用的快速维持荷载法、慢速维持荷载法及稳定维持荷载法这一新方法。提出充分考虑冻土流变性的S-P-T曲面,相对传统的以S-P曲线为基础判断桩基极限承载力的方法,当考虑桩土流变效应时,宜考虑时间效应而采用S-P-T曲线来确定冻土桩基的极限承载力,以此为基础,提出了在不同加载方式下确定极限承载力时桩基破坏的新形式判断准则,并对各种加载方式下冻土桩基的极限承载力进行了分析。结果表明:桩土流变效应能够有效地影响桩基的承载力,现有规范中的快速维持荷载法和慢速维持荷载法由于没能考虑或充分考虑桩土流变效应,导致所得出的桩基极限承载力均不同程度地偏大;为了克服上述不足,建议用修正系数使现有冻土地区桩基承载力检测规范满足桩土流变效应。

运用ABAQUS软件研究了寒区季节性冻土区,具有不同初始弹性模量桩体和不同褥垫层厚度的CFG桩复合地基在经历冻融循环后的荷载分担比、桩-土应力比及荷载-桩沉降曲线的规律。结果表明,冻融循环会降低桩体分担荷载,降低桩-土应力比并加剧地基沉降。具有相同褥垫层材料的CFG桩,褥垫层越厚,相同冻融循环后的桩-土应力比相差越小。文中结果可为寒区CFG桩复合地基设计提供参考。

对伊绥高速公路K44+400K44+575段冻土区实际问题进行CFG桩—筏复合地基承载力与沉降变形研究。通过桩—筏承载力试验得出结论桩低轴力值减小量高达桩顶轴力值的45%左右;由于桩间冻土在CFG桩影响范围内且筏板放热作用导致上部冻土融化冻土侧摩擦阻力降低,使得筏板下的CFG桩桩身轴力向下传递较快,实验用A筏板最大沉降量为1.19 mm。通过有限元模拟得到的桩底反力数据与实验数据对比分析可知二者符合情况良好,证明了有限元计算的合理性;荷载级别到达12级时柱底反力约为65 kN。