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。

当前随着公路桥梁施工的快速发展,往往对工程的工期都要求较为严格,而且在我国北方地区冬季较为寒冷,许多时候为了赶工期,往往处在土还没有完全化冻就开始进行施工。这样就需要充分的考虑到冻土区对于施工的影响。在进行桥梁施工时,需要应用钻孔桩施工技术来进行施工,这样就需要采取适当的防冻胀原理,从而避免因冻胀而对桥梁在使用过程中所造成的损害。现分析冻土区钻孔灌注桩施工的设计原则,并进一步对季节性冻土区钻孔灌注桩施工的工艺和方法进行了阐述。

利用声波透射法对冻土地带和非冻土地带钻孔灌注桩的完整性进行检测,检测结果表明这两种地质条件下桩的成桩质量都很完好,但在冻土条件下桩的脉冲波出现了波幅下降。经过分析,出现这种问题的原因主要是由于受冻土地带的温度影响声测管外壁附着一薄层泥皮,使得脉冲波在传递时出现衰减现象,但是并不影响桩的完整性。

为检测冻土地区某公路工程中冻土桥钻孔灌注桩的成桩质量,综合考虑施工条件和工程水文地质的影响,分别利用声波透射法和低应变反射波法对基桩的桩身完整性和桩长进行检测。通过对两种方法的检测数据进行对比分析,综合评定基桩的成桩质量,并评定两种检测方法在该工程的适用性。

利用低应变反射波法对岛状冻土地区桥下基桩的成桩质量进行检测,并对比分析冻土地区和非冻土地区条件下的检测结果,结果表明两种条件下钻孔灌注桩的成桩质量均很完好。但非冻土层和冻土层的软硬程度不同,在实际检测时冻土地区监测的反射波会有类似扩径和缩径的现象,需要结合现场实际情况和施工记录进行综合判断。

以青藏铁路布哈河特大桥工程为例,针对桥涵基础产生冻融变形病害的问题,介绍了钻孔灌注桩冻胀原理及防冻胀设计,对钻孔灌注桩施工的关键技术进行了探讨,总结得出了多年冻土区的桥梁钻孔桩施工注意事项。

以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析有限元模型,然后根据青藏高原清水河某地段实际气温和地温的初始条件计算了寒季施工条件下,混凝土入模温度分别为5℃及12℃时桩周地温场的变化,分析了混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供理论参考依据.

以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析模型,然后以青藏高原清水河某地段夏季施工为条件,考虑实际气温和地温的初始条件,用有限元方法计算了混凝土入模温度从5℃提高到12℃时桩周地温场的变化,分析提高混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供参考。

考虑大气温度、水文地质条件,混凝土入模温度、冻土初始地温场的影响及相变效应,以传热学为基础,给出了冻土区单桩地温场控制微分方程、边界和初始条件,以及其空间分析的有限元计算模式。结合工程实例对青藏高原典型湿润性地段多年冻土区的钻孔灌注桩单桩回冻过程温度场进行了计算,给出了桩身温度随深度及回冻时间的变化。以设计规范为基础对单桩回冻过程中温度场的变化对单桩承载力的影响及施工进程的影响进行了分析,所得结论可为多年冻土区桥梁工程施工计划的制定提供理论依据。

通过对钻孔灌注桩地基温度变化进程进行为期 1 a 的监测,掌握了施工扰动下高温冻土地基温度场的变化规律。研究结果表明,采用冲击钻成孔工艺的混凝土灌注桩施工,对地基温度场的热扰动较大;寒季大气降温仅对浅层地基具有直接冷冻作用,而发生在深层自下而上冻结过程和桩侧土体由外向内的冻结过程却十分缓慢,温度降低幅度有限。高温多年冻土地段钻孔灌注桩群桩基础周围土体的温度,在有限的施工期内不能回冻到初始温度状况。