多年冻土区管桩基础抗拔承载性能试验研究

以青藏直流联网工程为背景,进行上拔和水平力组合荷载作用下管桩基础抗拔承载性能真型载荷试验。结果表明:冻结期冻土地基整体处于冻结状态,地基回冻情况良好;融化期最大融化深度与地基多年冻土上限较吻合,多年冻土层无明显退化迹象。上拔加载过程桩底接触土压力减小,冻结期活动层范围内桩侧土压力明显增大,融化期活动层范围内桩侧土压力大大减小,其余位置土压力变化不明显。冻结期基础位移量显著低于融化期,冻结期抗拔及水平承载力高于融化期,上拔承载力高于水平承载力;上拔荷载与位移关系可采用幂函数模型进行预测。试验所得基础抗拔承载力与规范法计算结果比较吻合,表明冻土地区桩基础抗拔承载力规范计算方法是可靠的。     

玉树与青海主网330kV联网工程冻土基础稳定性研究

玉树与青海主网330kV联网工程是继±400kV青海一西藏直流联网工程之后我国在高原多年冻土区建立的又一条高压输电线路,不同于±400kV青海一西藏直流联网工程,该线路穿越了青藏高原东南边缘部,处于多年冻土与季节性冻土的过度地带,其冻土特征更为复杂。通过2013年近1年的观测结果表明：该联网工程大部分铁塔的基础底部已处于临界冻结状态,变形也基本在设计允许的可控范围内,说明塔基周围地温系统已经逐渐向冻土原始地温恢复中。     

冻胀量与冻胀力关系分析

<正> 目前国内外不少从事冻土的研究人员在寻找冻胀量与冻胀力之间定量的函数关系.本文就该问题谈一下笔者的意见.将冻土地基看成是各向同性的均质介质,并近似认为地基土在冻胀过程中冻胀量与冻胀力是在冻结锋面上发生及发展.文中所说的冻胀量是指在无负荷条件下的自由冻胀量;所说的冻胀力是指在无位移条件下基础受到的冻胀力.土的冻胀性沿深度的分布是不均匀的,就季节冻土地区的地基其冻胀率(单位冻深     

低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态承载性质试验研究

 多年冻土地基由于大直径钻孔灌注桩桩身混凝土水化热造成桩周冻土融化,而桩体混凝土灌注初期桩土体系不具备冻结强度,导致钻孔灌注桩初期承载力很低。研究低温多年冻土地基大直径钻孔灌注桩未回冻状态的承载力和变形性质,可为工程施工工期安排提供技术依据。结合青藏铁路索南达杰特大桥工程进行低温多年冻土大直径钻孔灌注桩地温测试及现场静载试验,为此设置桩土界面测温孔(SB)、桩侧测温孔(SC,距离桩壁30 cm)以及未受施工扰动的基准地温孔(JZ)。获得夏季灌注桩混凝土入模温度为11 ℃,不同龄期桩土体系的地温分布,并分析桩土体系的回冻过程。测试数据表明：混凝土灌注完成30 d以后,桩顶至地表下2 m为正温,地表下2 m到桩底桩身表面均为负温,在－0.43 ℃～－1.26 ℃范围内变化;灌注50 d以后,桩土界面地温逐渐降低,为－1.0 ℃～－1.85 ℃,与未受扰动天然地基地温相比,桩土体系尚未完全回冻。同时进行不同地温条件下基桩的现场静载试验,分析竖向承载力、变形及桩侧摩阻(或冻结力)分布特性。当加载到最大荷载(7 600 kN)时,桩顶竖向位移达到4.93 mm,卸载后未恢复的变形为1.01 mm,说明低温多年冻土地基钻孔灌注桩在未完全回冻状态下(试桩龄期30 d)基桩具有较高竖向承载力,且变形量小。     

多年冻土地区桩基础承载力试验研究

试验通过在多年冻土地区进行桩基础承载力试验,对比冻土回冻前后桩基础抗压、抗拔及水平承载,得出了桩基础混凝土水化热加热冻土,使得冻土融化,在冻土回冻前,冻土的冻结强度降低很大；而在冻土回冻后,冻结强度有大幅度提升.试验结果对在多年冻土地区进行建筑基础施工的实际工程应用具有一定的实用价值和指导意义.     

青藏直流输电工程粗粒冻土地基温度监测与分析

为分析青藏直流输电线路工程冻土地基的冻结情况及其对基础安全稳定性的影响,在青藏高原五道梁地区对装配式原型基础冻土地基进行1个冻融过程的地温监测,结合该地区气温资料,分析粗粒冻土地温随时间变化特点和沿深度分布情况。监测结果显示：地温呈周期性波动,振幅随深度增加而减小,原状和回填冻土地基上部均存在冻融状态交替的冻融活动层;监测期内基础底部冻土处于冻结状态,基础安全稳定;原状和回填冻土最大融化深度分别为3.0和3.2 m,通过建立地温估算公式,并利用地温变化幅值、均值等结果,得到原状多年冻土上限为3.1 m,与工程勘测和监测结果一致;建立冬季时高孔隙率回填冻土地基传热方程,分析地基传热性能和与孔隙率直接相关的地基中空气自然对流速度对地基回冻的影响。研究表明：冻土回填扰动加剧地温波动的振幅和增大冻土融化深度,但影响程度和范围有限;输电线路冻土装配式基础冬季施工,在冻融活动层深度内保持地基适当孔隙率,既可在冬季加速地基回冻,又可利用土体自然固结和融沉,提高压实度,从而在暖季减弱热量向地基深部扩散,有利于地基保持冻结。     

青藏输电工程回填细粒冻土性质和铁塔基础载荷试验研究

为分析青藏直流输电工程回填冻土地基和铁塔基础承载性能,在浅部冻土处于冻结和融化两种状态时,分别进行回填细粒冻土性质试验和在三向荷载共同作用下锥柱式扩展基础的载荷试验。基于土工试验结果分析了冻融过程中回填地基的工程性质,得到一个冻融周期后地表沉降量为0.23 m,与实际情况一致。通过对基础承载特性及荷载与位移双曲线关系模型的分析,得到了基于地基基础相互作用极限状态条件下基础的极限承载力。针对季节活动层融化和冻结状态,应用试验结果验证了上拔工况下铁塔扩展基础稳定性分析模型和方法,获得了冻结状态时细粒冻土的上拔角。试验研究表明：当浅部活动层处于冻结状态时,地基强度及基础承载性能优于融化状态;冻土融化可缩小细粒土的孔隙比、提高密实度,并增加含水率和饱和度;土体冻结与否对地基的抗剪、上拔角等力学指标有显著影响,因此,保持深部回填地基的冻结状态对基础安全承载至关重要。     

粗颗粒盐渍土地基掏挖基础抗拔承载模型试验研究

考虑不同粗颗粒盐渍土层状态（结晶、溶蚀）和厚度,通过对粗颗粒盐渍土地基掏挖基础进行抗拔承载模型试验,分析了掏挖基础的抗拔承载特征。研究结果表明,上拔加载过程中地面以基础为中心产生明显隆起现象,逐渐形成以基础为中心的环状和放射状裂缝。地面隆起范围近似呈圆形扩大趋势;上拔位移随距基础中心距离增大而不断减小,上拔位移梯度随荷载增加逐渐增大。荷载-位移曲线呈现出典型的“软化型”特征;结晶状态下基础抗拔承载力随着盐渍土层厚度增加显著增加;结晶状态下基础抗拔承载力显著高于溶蚀状态。粗颗粒盐渍土地基破裂面形态表现为分段直线方程形式;普通粗颗粒土层、结晶状态粗颗粒盐渍土层及溶蚀状态粗颗粒盐渍土层上拔角分别约为32°,34°及18°。     

季冻区湿地软土地基固结变形特性研究

为了研究季冻区湿地软土地基的固结变形特性及其影响因素,在提出季冻区湿地软土地基现场监测方案的基础上,对路堤填土荷载作用下软土地基固结变形特性和加载条件、软土地基处理方法、地层条件、温度变化、时间效应等的相关性进行分析研究。监测结果证明:虽然湿地软土层不厚,但软土的沉降量占全部沉降量的80%以上,在整个冬季,负温对软土地基的固结沉降有一定的影响,主要表现在中央分隔带和路肩软土地基的沉降过程出现一定的差异;软土地基的侧向位移基本上是随荷载的增加而增大,最大位移深度随软土层厚度的增加而增大,冬季软土地基冻结的过程中,在冻结深度范围内软土地基出现反向的侧向位移;整个冬季软土地基孔隙水压力均有不同程度的消散,根据沉降和孔隙水压力监测结果得出,袋装砂井更适合于季冻区湿地软土地基的工程治理措施;试验段冻结深度随时间的变化,最大冻深小于2.8m,在一月底至二月初期间;路堤填土冻结的过程中,靠近中央分隔带处的土压力逐渐减小,而靠近路堤边坡处的土压力逐渐增大。研究成果可为季冻区湿地软土地基固结沉降分析计算及设计提供参考依据。     

多年冻土区未回冻钻孔灌注桩承载性质试验研究

为研究青藏高原多年冻土区钻孔灌注桩在未回冻状态下基桩承载力和变形性质,解决后续承台、桥墩(台)的施工、上部结构的铺架以及对工期的影响等问题,本文结合青藏铁路以桥代路特大桥工程进行高温细颗粒多年冻土钻孔灌注桩的现场静载试验,根据现场地温测试及静载荷试验资料,分析了桩-土体系回冻过程及其回冻过程中桩侧摩阻(或冻结力)的分布,获得钻孔灌注桩灌注后不同地温条件下的竖向承载力及变形性质,为后续工程的施工提供技术依据。     

冻胀作用对北方越冬土钉墙稳定性的影响

冻胀是越冬季节基坑支护工程的潜在危险,从冻胀对基坑工程的不利影响着手进行分析,并以北京某越冬土钉墙支护工程为例,分析了冻胀力对该类支护形式稳定性的影响,结果表明,由冻胀引起的水平位移主要发生在冻胀土,而弱冻胀土较小;冻胀引起的土钉拉力变化值在冻胀土中较大,而弱冻胀土中值较小.     

近接隧道冻结对运营车站冻胀变形控制研究

为了研究不同冻胀控制方法下土体冻胀的发展规律,以上海某近接穿越既有车站的隧道冻结加固工程为原型,根据相似准则建立了冻土与车站结构相互作用的模型试验台,对隧道水平冻结过程进行模拟研究,探究调整冻结盐水温度以及泄压等方法下隧道冻结冻胀变化规律。研究结果表明,将冻结盐水温度从-28℃提升至-18℃后,隧道的积极冻结时间增长91%,但车站底板冻胀力减小了16.7%;三角区泄压后车站底板冻胀力减小了26.3%。根据相似模拟试验得到的不同冻胀控制措施下车站结构的冻胀变化规律,提出在施工工程中采取三角区泄压及调整冻结参数等措施来控制冻胀对车站结构的影响。同时根据工程施工监测数据,对不同冻胀控制措施的应用效果展开了研究,研究结果表明,三角区泄压孔泄压后10d内车站底板位移量减少了65.5%;冻结盐水温度为-28℃、-20℃、-10℃时车站底板竖向位移增长速率分别为0.35mm/d、0.14mm/d和0.01mm/d,随着冻结盐水温度的提高,车站结构竖向变形速率明显减缓,调整冻结盐水温度对冻胀控制效果十分显著。     

交叠车站下穿段MJS+水平冻结冻胀位移场研究

交叠车站下穿段隧道进行开挖前首先要进行加固处理,以南京新建地铁7号线下穿既有10号线中胜站工程项目为背景,为控制施工引起既有运营车站的变形,采用MJS+水平冻结法联合加固方案。为掌握MJS+水平冻结联合加固的冻胀变形、冻胀位移场发展规律及其影响因素,进行冻胀位移场数值模拟。研究结果表明:在积极冻结过程中,“山”字形水泥土加固区内部及其左右两侧产生向上的变形,底部则产生向下的变形;水泥土加固区变形相比内外侧砂土变形较小,水泥土对抑制冻胀作用效果明显;地层初始温度越低,冻胀变形影响范围越广,变形值越大,在冻结40 d、地层初始温度为18 ℃时,既有车站底板在距中轴线水平距离12 m处产生最大冻胀变形,为6.97 mm,小于允许冻胀变形10 mm;在相同地层初始温度下,盐水温度越低,隧道埋深越浅,冻土帷幕越厚,冻胀产生的变形越大,实际工程中可通过优化盐水降温计划抑制冻胀变形以减小对周边环境的影响。研究结果可为相似工程提供设计参考理论依据。     

水泥土加固法冻胀抑制效应数值模拟

水泥土与人工冻结联合加固法在盾构隧道端头加固中效果明显。本文以南京地铁十号线过江隧道端头联合加固工程为背景,分别进行了水泥土及原状土体冻结温度场和冻胀位移场耦合数值模拟研究,并通过对比实测与数值模拟结果,验证了计算方法的正确性。研究结果表明:冻结管间、冻结管与围护结构间区域降温速度较快,后排冻结管后方受加固体影响,是冻结壁发展最不利部位;冻结管和围护结构的约束作用会抑制周围土体的冻胀,两排冻结管间冻胀位移最大;水泥加固后地层冻胀敏感性明显减弱,地表最大冻胀量为对应原状土的14.3%,1 mm以上冻胀量地层在深度方向上为对应原状土的30.6%。研究结果对进一步探索水泥土与人工冻结联合加固工法有指导作用。     

隧道冻结法施工引起地表冻胀预测模型的参数敏感性分析

隧道水平冻结施工过程中,土层冻结体积膨胀,引起地面上升和变形,过量的变形会对周围地表建筑物产生危害。本文结合工程实例,验证了冻结壁交圈后隧道水平冻结施工引起地表冻胀位移的历时预测模型的可靠性。通过参数敏感性分析得到了反映冻结温度场发展速度的常数A对地表冻胀位移的敏感性最强,而冻结管布圈半径Rd对地表冻胀位移的敏感性最弱,土体冻胀率的变化率可近似反映地表垂直冻胀位移的变化率。本文的研究成果可为今后水平冻结法的设计和施工提供参考依据。     

季节冻土区路基冻胀分析及防治措施

针对季节性冻土区路基工程冻胀使路基产生不均匀变形,影响客运专线正常运营的情况,通过对影响路基冻胀性主要因素的分析,提出了防治冻胀的具体工程措施,取得了较好的防冻胀效果。     

土钉墙在冬施条件下的稳定性研究

从冻胀对基坑工程的不利影响着手进行分析,并以北京某越冬土钉墙支护工程为例,分析了冻胀力对该类支护形式稳定性的影响,结果表明,由冻胀引起的水平位移主要发生在冻胀土,而弱冻胀土较小;冻胀引起的土钉拉力变化值在冻胀土中较大,而非冻胀土中值较小。     

土体冻胀对桩锚支护结构影响试验研究

在我国西北季节性冻土地区,冬季土体冻胀对基坑安全危害不容忽视。为探究土体冻胀与桩锚支护结构间的相互作用,进行桩锚支护结构基坑冬季室外试验。通过研究冻胀作用下桩锚支护结构内力与桩后土压力的变化规律,得出以下结论:浅层桩侧土压力易受温度与土体含水率等多种因素影响产生突变;支护桩上部内力随冻胀次数增加而增大,锚杆能够减弱土体冻胀对桩身内力的影响;温度降低可使桩身上部弯矩增幅变大;锚杆自由段应力大于锚固段,且锚固段应力易受冻胀作用影响产生增长。所得结论可为桩锚支护结构在季冻区基坑工程中的应用提供参考。     

冻融循环下隧道非冻土段底部融沉变形规律

为研究寒区隧道非冻土段在冻融循环条件下的底部融沉规律以及洞内不同的气温对隧道底部融沉变形的影响。利用温度场解析解确定非冻土段范围,采用有限元进行建模计算。计算结果显示:在冷空气作用下,原来处于非冻结状态的围岩开始发生冻结,并产生向上的冻胀位移,表层围岩的冻融位移最大,初期最大冻胀位移可达8 mm,随着洞内气温的周期性变化,底部围岩出现周期性的冻融,最大融沉位移逐年增加,第8年开始冻融变形达到稳定,最大融沉位移可达20.0 mm,冻胀位移则稳定在5 mm左右。总体来说,随着围岩温度周期性变化趋于稳定,其冻融位移的周期性变化也趋于稳定。在不同气温影响下,随着隧道进深的增加,隧道底部的最大冻胀位移和融沉位移均减小。     

兰州地区黄土冻胀特性和水平冻胀力试验研究

为研究不同含水率黄土在一维冻结条件下温度场、冻胀量和水平冻胀力的变化特征规律及冻胀力与冻结温度之间的动态关系,选取兰州地区黄土进行了封闭系统下的一维冻胀试验。研究结果表明:土体的降温过程分为3个阶段,降温冻结初期各深度土体的温度下降速率较快;土体温度下降到0 ℃时降温曲线出现转折点,土层各深度降温速率曲线出现近乎平行于横坐标的平稳段;冻结后期各深度土体的温度下降速率较慢。冻胀量变化曲线按照变化趋势分为3个阶段: 轻微冻缩阶段,快速发展阶段,拟稳定阶段,不同含水率的土体经历各阶段的时间有所不同。冻胀量随着土体含水率的增加而增大,本试验中含水率14%和20%的土体最终冻胀量分别为3.52 mm和 8.23 mm。在相同土质和温度条件下冻胀力发展的起始温度相同,约为0.60 ℃,含水率不同的土体出现最大水平冻胀力的温度不同。最大水平冻胀力沿土体深度先增大后减小,最大值出现在相对深度0.6~0.8处。