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。
为研究多年冻土区铁路桥梁桥台冻胀倾斜病害的形成机理,并分析其变形规律,针对这一病害建立桥台-路基有限元模型,分析桥台后路基温度场特征及桥台冻胀倾斜规律。基于非饱和土渗流和热传导理论,联立冻土水热微分方程,并使用含冰量计算变形场从而实现水热力三场耦合。利用COMSOL软件建立三维桥台-路基水热力耦合模型,通过室内冻融试验验证该模型的有效性。最后以某多年冻土区铁路桥台为例,对桥台后路基未来30年间冻土上限、桥台冻胀倾斜展开研究分析。结果表明:在未来30年桥台后路基多年冻土上限呈现持续下降趋势,但桥台横截面冷空气的持续输入影响了路基不同位置处的冻土上限下降深度。在距离桥台4 m处路基多年冻土上限阳坡坡脚未来30年下降0.99 m、路基中心处下降0.92 m。在距桥台16 m处路基冻土上限阳坡坡脚未来30年下降1.6 m、路基中心下降1.81 m。在未来30年间,桥台后路基持续发生差异性水平冻胀,顶端累计水平位移155.6 mm、底端累计位移23.6 mm,桥台整体发生倾斜。
为实现铁路桥梁工程冻土区桩基础施工质量控制,保障桩基础的稳定与可靠,预防质量缺陷问题,须采取有效施工技术措施。文章介绍了铁路桥梁工程冻土区桩基础施工技术,主要包括施工方案设计,施工质量控制,施工安全管理等内容,指出工艺流程和施工要点,类似工程施工可从中得到借鉴。
青藏线格拉段多年冻土地区达550 km,全线平均海拔4 000 m以上,多年冻土区的桥涵勘测与一般地区相比,差异很大,简要阐述了对高原冻土地区铁路桥涵工程设置的几点认识。