青藏鐵路清水河高溫高含冰量凍土區(qū)“以橋代路”工程穩(wěn)定性研究.pdf

1、考慮全球氣溫升高和工程熱擾動結果的不可逆性可能導致影響鐵路運行的路基凍融病害產生，青藏鐵路的高溫極不穩(wěn)定多年凍土地段，大量采用了“以橋代路”的工程結構。這種鐵路工程穩(wěn)定的關鍵是坐落在高溫不穩(wěn)定凍土層中的灌注樁基礎，而樁基礎穩(wěn)定的關鍵在于樁與樁周土體溫度場和應力場的相互作用效應。
　　 橋梁樁基礎穩(wěn)定性問題實際也是青藏鐵路凍土區(qū)工程凍融病害形成機理和防治技術研究領域的有機組成部分，本課題著力研究的高溫凍土區(qū)凍土與結構的相互作用問題

2、，對青藏鐵路運營具有重要的理論價值和工程實踐意義。
　　 本文通過現場試驗數據和理論計算，研究預測多種可能因素作用條件下，清水河地區(qū)“以橋代路”樁基的穩(wěn)定性，為評價青藏鐵路凍土區(qū)類似地段樁基的工程狀態(tài)以及災害處理提供預測和決策依據。
　　 研究考慮了青藏鐵路修建后未來氣候和凍土地溫的變化，充分考慮凍土退化、運營荷載、樁底多年凍土下限變化和樁土不同作用條件等各種不利因素和工程條件，對樁基及樁周土體的應力場、位移場及溫度場的

3、演變規(guī)律的影響，以及對樁基穩(wěn)定性的影響。
　　 通過上述工作得出如下對工程具有參考價值的結論：
　　 1)樁基施工產生水化熱對高溫凍土區(qū)的凍土的熱擾動在6個月到1年左右的時間逐漸消失，熱擾動范圍橫向為5m，縱向更大些。樁周土體變形總體以融沉為主，處于穩(wěn)定狀態(tài)下凍脹與融沉均有發(fā)生，距離樁基越近，土體位移受樁基影響越大。
　　 2)地表以下5.0m內由于環(huán)境氣溫影響樁身溫度呈余弦變化，5.0m以下受環(huán)境溫度影響較小。

4、樁身溫度變化對環(huán)境溫度變化響應的滯后隨深度增加而增加。
　　 3)考慮在全球氣候變暖青藏高原多年凍土退化條件下，結合高溫凍土土性和溫度特點，設計了凍土上限下移至不同水平、下限上移至不同水平、凍土完全融化等多種不利凍土地溫分布形態(tài);在所模擬的各種地溫分布條件下，均勻凍土中的樁基承載力最大，為15957N，凍土下限上移到樁底水平條件下次之;凍土發(fā)生凍融循環(huán)后承載力最小，由此進行理論還原分析可知，當未來凍土發(fā)生上述幾種退化可能時，只有

5、均勻凍土和凍土下限上移至樁底條件下樁基是穩(wěn)定的。
　　 4)多年凍土地區(qū)樁基的承載力由多年凍土上限以上側摩阻力、多年凍土上限下的凍結力和樁端阻力組成，對于承受較大荷載而引起樁土相對滑移的樁基，還包括凍土與樁側的摩阻力等。凍結力是影響樁基承載力的主要因素，多年凍土上限下移不可避免的導致樁基凍結力的弱化甚至喪失，從而對樁基穩(wěn)定性造成很大威脅。
　　 5)樁基受荷后，由于上部軸力較大因此上部樁身壓縮量較大，從而引起樁身上部側摩

6、阻力最先發(fā)揮，當其達到凍結力后將會發(fā)生相對滑移，此時該部分依賴凍土與樁的側摩阻力提供承載力，所不能分擔部分向下轉移引起樁身側摩阻力向下逐漸增大，最終樁側發(fā)生滑移而進入樁端承載力階段。
　　 6)樁基在高溫凍土區(qū)計算條件下有沉降發(fā)生，上部橋梁荷載施加初期(第6個月)沉降較大，但是隨著時間的發(fā)展，沉降將趨于穩(wěn)定;年際凍融交替期間樁基伴有凍拔和下沉現象發(fā)生；這些規(guī)律與現場觀測規(guī)律較吻合。
　　 7)在凍土退化一定范圍內，凍土上

7、限的下移導致樁側摩阻力減小，高溫凍土區(qū)樁基承載力下降，且樁基達到極限破壞時的沉降隨之減小，因而凍土上限下降對樁基的承載力具有破壞性影響；但是當凍土退化加劇時，樁端阻力逐漸發(fā)揮，在相同的上部荷載條件下，多年凍土上限越深，樁基的側摩阻力越小，從而樁端阻力越大?？傮w來講，凍土上限越深，樁基的承載性能越差，因而必須采取有效的措施延緩樁周凍土的退化，這一點對凍土區(qū)樁基設計原則的確定和運營期間橋梁病害防治具有重要參考價值。
　　 本文研究工