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。

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。

在季节性冻土区的光伏发电项目建设过程中，冻土的冻胀融陷作用常严重弱化光伏支架桩基础的承载力。依托某拟建于季节性冻土区的光伏电站，通过现场试桩试验，分析了单根钢桩竖向抗拔静载试验、水平静载的试验结果，系统分析了不同桩型、桩深的承载特性，并判断是否符合设计标准；提出“引孔+回填”施工工艺，研究其对钢桩基础抗拔承载力的提升效果。试验结果表明：引孔后回填砂和水泥至孔深90%的施工工艺对光伏支架桩基础的极限抗拔承载力提升效果最优。以期试验结果为类似光伏支架桩基础工程提供参考和借鉴。

多年冻土区连续叶片螺旋桩在季节活动层无螺旋叶片，多年冻土层螺旋叶片与冻土咬合，竖向承载性能良好。通过模型试验方法对多年冻土区螺旋桩叶片宽度的承载特性进行了试验，研究了其承载力曲线与轴力曲线，最后提出多年冻土地区螺旋桩单桩承载力估算公式，主要得到如下结论：无叶片的桩承载力远小于带有叶片的螺旋桩，叶片宽度对螺旋桩承载力影响显著，螺旋桩承载力随叶片宽度增加逐渐增加。不同叶片宽度的螺旋桩，桩身轴力沿桩身深度方向逐渐递减，随着荷载增加桩端承载力逐渐增加，无螺旋叶片的桩桩身轴力变化远小于带有螺旋叶片的桩，桩身无螺旋叶片区域轴力变化幅度与无螺旋叶片的桩相同，桩身有叶片区域轴力变化幅度远大于无叶片区域，随着叶片宽度增加桩身轴力变化幅度逐渐增大。极限承载力随外径与内径比增大，正比例增大，试验可得到外径越大，螺旋桩的极限承载力越高。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。

为了分析高海拔地区多年冻土区桩基受冻结力恢复过程影响的承载力特征，以青海省某公路工程桥梁钻孔灌注桩桩基础为研究对象，应用现场静载试验手段获得桩基础的荷载-沉降曲线，分析桩基的荷载传递特性。结果表明，土体温度场受桩基施工扰动影响明显，随着施工时间的增长，土体逐渐回冻，并可以将土体进行温度区间划分，在4m以上土体，其温度基本维持在0℃以上，在3m以下土体，其温度处于0℃以下，具备冻结力；施工完成10d桩基础与30d桩基础的桩顶荷载位移曲线呈现大致相同的变化规律，均可以划分弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段以及卸载阶段；由于冻土冻结力的存在，桩基础的极限承载力得到显著提升，增幅达到25%。

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。

输电线路工程现已成为我国冻土工程的重要组成部分，而桩基础是冻土区输电线路杆塔较为通用的基础型式。输电铁塔是典型的高耸结构，抗拔与抗倾覆稳定性是铁塔基础设计的主要控制条件。通过回顾国内外相关文献，发现冻土区桩基础抗拔承载性能研究相对较少，尤其是上拔与水平荷载共同作用时，对其承载机理、荷载传递规律等认知模糊不清，给冻土区桩基础设计带来不便。为此，采用数值计算方法，分析了季节冻土区与多年冻土区粉质黏土、砾砂地基中桩基础抗拔承载性能。结果表明：冻土区桩基础破坏以上拔为主；上拔荷载-位移曲线呈缓变型；同种地基土质条件下，相较融化期，冻结期桩基础抗拔承载力提高20%；相较粉质黏土，砾砂地基承载力提高20%；随着水平荷载增加，桩顶竖向位移增大，导致桩基抗拔承载力下降。

为分析钢管冻土组合结构的受弯过程特点,依托室内试验的研究成果,利用ANSYS软件分析钢管冻土组合结构受弯过程中的承载力变化规律。研究结果表明:1)冻土结构底部布置钢管后形成钢管冻土组合结构的极限承载力较常规无钢管冻土结构可提高52.6%,荷载作用下组合结构截面应力分布呈“分层”现象,其应力计算过程仍满足梁的平截面假定; 2)当冻土与钢管之间的剪切应力超过其抗剪强度时,钢管与冻土会发生滑移,但钢管和冻土各自独立承载仍可发挥组合结构的承载能力; 3)钢管直径和壁厚的增加,可以提高钢管冻土组合结构的极限承载力;布置在结构截面底部的钢管对提升组合结构的承载力效果明显,其极限承载力较钢管位于截面中心或者顶部位置时提高约30%。

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。

多年冻土区灌注桩修筑过程中,混凝土携带的热量和水化热会对周围冻土产生强烈的热扰动,由于基础在回冻前承载力非常小,因此桩基的快速回冻已成为该地区基础设施建设中备受关注的问题。为解决该问题,创新性地提出人工冷却法在多年冻土区灌注桩中的应用,以实现基础的快速降温和回冻,并在青藏高原北麓河进行现场人工冷却灌注桩试验。试验结果表明:人工冷却降温效果显著,试验进行到第2天,基础周围土体温度已经降至天然场温度以下;随着冷却试验的继续进行,基础和周围土体的温度会进一步降低;人工冷却有效降低了土体温度,并增加了桩基周围土体的冷储量,冷却试验结束后的第7个月试验桩的平均界面温度为-0.6℃,无冷却措施桩对应的平均界面温度为-0.37℃。承载力计算结果表明:人工冷却可以快速、大幅提高桩基的承载力,通过该措施的应用,试验桩的承载力可提高至2 231kN,而无冷却措施桩对应时刻的承载力仅为549kN;该措施有效缩短了冻土区灌注桩施工的后续等待时间,经过人工冷却的桩基承载力很高,冷却结束后即可进行上部荷载的施工。人工冷却可作为冻土地区桩基快速施工中的一种重要方法和有效途径,其不仅能够解决灌注桩对冻土产生热扰动这一...