为研究多年冻土地基冻结过程中桩基础的冻拔效应，基于桩周土的冻胀变形及桩土之间的变形协调关系，结合剪切位移法构建了一种考虑桩土界面相对滑移效应的单桩冻拔荷载传递的理论模型.采用有限差分法，通过MATLAB编程对桩基受力微分方程求解，获得了冻拔力的发展规律，并采用现场试验与有限元数值模拟验证了模型的合理性.接着分析了冻胀率、桩土界面本构参数及桩长对桩基冻拔响应的影响.研究表明：冻结过程桩身轴力逐渐增大，冻深附近出现轴力峰值，部分桩土界面会产生滑移；冻至最大冻深2.3 m时桩身轴力达到最大值690.3 kN,滑移段长度约为0.65倍冻深；冻拔力随土体冻胀率的增大并非呈线性增大，主要受桩土界面峰值剪切强度与残余强度的影响；桩长越长，抗冻拔效果越好.
冻拔破坏是冻土区输电线工程中桩基础的普遍破坏形式之一，使用具有抗拔特性的桩是防治桩冻拔破坏的常用手段，其中锥形桩、螺旋桩应用较为广泛。锥形桩具有上小下大的结构形式，螺旋桩通过叶片改变桩-土作用方式，均可提高基桩的抗拔能力。本研究从桩型这一角度出发，从实验、理论、工程应用等方面对国内外研究成果进行系统总结。根据桩型的特点尝试提出改进思路，以期为寒区桩基的长期使用提供技术支撑。
季节性冻土地区如何防止接触网支柱基础发生冻拔破坏，一直是困扰铁路行业的难题。本文对季节性冻土地区接触网支柱基础选型进行详细分析，得出桩基础为季节性冻土地区接触网支柱基础的首选形式，提出了接触网支柱桩基础抗冻拔的具体措施，并结合工程实例对采用此类措施后桩基础抗冻拔的稳定性进行了分析验证。
在深季节冻土区,正冻土和桩相互作用时可能会导致桩基的拔断或整体冻拔破坏。在桩周土冻胀过程中,等截面直桩主要通过桩和未冻区融土间的摩阻力达到锚固效果。而对于端部直径大于桩身直径的扩底桩来说,当桩基有整体上拔的趋势时,扩大头会受到上覆土层的阻力而起到锚固/抗冻拔作用。通过回顾国内外研究文献,介绍了扩底抗拔桩现有的工程背景及应用情况,并对季节冻土区桩基的受力性能进行了总结和分析,主要内容包括:土体冻胀和桩基的相互作用研究,切向冻胀力试验研究和理论研究,切向冻胀力作用下扩底桩基冻胀反力试验研究及理论研究,切向冻胀力作用下未冻区桩-融土间摩阻力的研究概况等。最后,结合现有的研究内容,对季节冻土区扩底桩的应用及研究提出进一步的展望。
为了深入研究严寒地区冻土地质条件下直柱基础的应力应变特性,构建了阶型直柱基础模型,利用数值模拟方法分析基础在不同冻胀工况下的结构响应,并与未冻胀情况进行对比。分析结果表明切向冻胀力对于基础有明显的上拔作用,在强冻胀等级下基础发生上拔破坏。当冻土处于强冻胀等级及以上时,设计严寒地区输电线路基础需要考虑降低冻胀力的措施。
季节性冻土地区的桩基础设计涉及到抗拔稳定性,确定冻胀力才能验算基桩的稳定性。通常桩的冻胀力可以通过地勘报告或经验公式两种方法得出,本文以我国大量的实验数据为依据进行切向冻胀率、单位切向冻胀力的分析,得出季节性冻土切向冻胀力的经验公式,经过了国内工程项目验证符合实际,具有指导意义。在国外季节性冻土地区,若没有得到详勘报告的情况下,可以采用本文的经验公式用于初步设计。
本文通过分析冻胀对基础结构产生的力学效应,包括水平冻胀力、切向冻胀力和法向冻胀力,提出了相关防治措施,并给出相关建议,为相关工作人员提供借鉴。
结合寒冷地区某公园人工湖船台工程,通过现场试验,确定船台桩基切向冻胀力作用下的摩阻力值和上拔位移。对船台桩基采用刚性套筒或柔性套筒的抗冻拔方案建立试验船台,并和现场不采用抗冻拔措施的船台比较,发现采用加套筒方案,试验船台在寒期内产生的位移平均值为2～3mm,较自然冻拔船台位移小90%。考虑精密水准测量精度±2mm,船台基本上没有冻拔位移,证明抗冻拔措施成功、有效。
通过分析多年冻土对电力杆塔基础的受力特点,并经过理论计算及对非冻土地区和冻土地区电力杆塔基础设置的比较,论述了青藏高原多年冻土地区电力输电线路杆塔基础设计的特殊性和必要性,为冻土地区输电线路杆塔基础设置提供了新的技术和方法。