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。

全球气温变暖,冻土的上限下移使得桩周土体融沉量改变进而引起桩侧负摩阻力的变化,最终影响桩基长期服役性能。为了研究大气温度升高对冻土区桩侧负摩阻力的影响,基于查拉坪大桥16号桩实际地勘资料,考虑大气温度升高预测10、30、50、70年后桩侧土体温度场变化,并基于预测的温度场开展室内模型试验,研究当年、10、30、50、70年后冻土桩桩侧负摩阻力的变化规律。试验得到冻土桩桩侧负摩阻力在10年、30年、70年分别为5.2 kPa、2.4k Pa、2.0 kPa。分析认为,在当年工况到10年后工况过渡的阶段,由于桩体和大气温度的共同作用,桩侧冻结力明显减小,桩侧产生较大的负摩阻力;随着年份的增加,较深处地温的降低使得桩侧冻结力明显增加,因此桩侧负摩阻力逐渐减小。

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。

通过在高纬度、低海拔岛状多年冻土浇筑两根直径1.2 m、长度15 m的试验桩,研究人员布设了温度监测系统,依据温度检测结果,在桩基回冻前、后进行了自平衡静载试验。试验结果得出桥梁钻孔摩擦桩在多年冻土中的极限承载力是非多年冻土极限承载力的1.42倍,根据试验研究确定桥梁钻孔摩擦桩在多年冻土中的极限承载力值,可以计算出该地质条件下各冻土层的摩阻力值,可为大兴安岭地区多年冻土条件下桥梁钻孔灌注桩的设计和施工提供理论依据。

我国北方部分地区存在多年冻土,其热力学性质的不稳定常引起该地区的建筑工程产生不均匀沉降、开裂、冻胀等破坏。文章结合某高速公路的岛状多年冻土路基段工程,研究CFG桩在岛状多年冻土中的承载力特性,分析CFG桩桩周多年冻土的温度变化规律,实验发现CFG桩施工对桩周冻土影响非常有限,冻土地区CFG桩侧摩阻力主要由土的冻结力提供,在实验条件下加载420k N时多冰冻土层出现应力松弛,并且CFG桩加载过程中,桩侧摩阻力与桩的沉降呈现非线性关系。

为了研究岛状多年冻土地区桥梁桩基回冻后的桩侧摩阻力变化规律,在大兴安岭地区浇筑了1根长15m、直径1.2m的试验桩,并在试验桩所在区域布设了智能温度监测系统,结合采集的温度数据综合判断桩基回冻进程,并指导桩基回冻后的静载试验,测出桩基回冻后桩侧各土层的摩阻力值。试验结果表明:桩基回冻后桩侧各土（岩）层摩阻力的实测值均高于设计值,提高率在13%35%之间。

通过多年冻土区桩基承载力现场试验,考虑房屋的正常使用和建筑采暖影响多年冻土融沉降,桩基础的承载力设计值应与地基土层的负摩阻力进行校正,试验结果对多年冻土地区建筑地基基础施工有一定的实用价值和意义,特别是对工程项目有很大的应用价值。

以CFG桩承载力试验数据为基础,应用ABAQUS有限元软件平台,建立了CFG试验桩的三维仿真模型,将模型数据与试验数据对比,验证了模型的准确性。并对CFG桩受力进行了分析,分析结果表明:CFG桩承载力主要由桩侧摩阻力提供,荷载从上向下传递,桩底反力占总荷载的比例小于10%。

在太阳辐射热的条件下,考虑冻土工程性质的变化,进行室内冻土与混凝土圆柱间负摩擦力试验,分析负摩擦力fn与土融沉量S变化关系fn=f(S),分析不同含水量条件下负摩擦力fn与土融沉量S的时程关系曲线及两者变化关系和含水量对负摩擦力fn、融沉量S的影响。计算活动层的融沉及负摩擦力的发展对桩基承载力衰减影响,即夏季冻土融化时,正融土中桩的承载能力衰减了8%左右。