厚层地下冰地段桥梁钻孔灌注桩基础试验研究综述

上传者：付志明
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上传时间：2015-04-21
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厚层地下冰地段桥梁钻孔灌注桩基础试验研究综述

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第一作者简介：李小和（$%&’—），男，高级工程师，毕业于石家庄铁道
学院桥梁专业。
厚层地下冰地段桥梁钻孔灌注桩基础试验研究综述
李小和
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张鲁新
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张先军
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（$( 青藏铁路建设总指挥部青海格尔木 )$&""" ；!( 中铁十六局集团有限公司北京 $"""$)）
摘要综合近*" 年来国内工程冻土学界对多年冻土地区，尤其是青藏高原多年冻土区桥梁桩基研究的成
果，评述冻土区桥梁灌注桩工作原理及承载力计算方法。结合现场桩基回冻过程地温场变化测试数据，对桩基承
载力的影响因素、施工工艺提出建议。
关键词青藏铁路多年冻土厚层地下冰钻孔灌注桩承载力
! 国内外现状
桩基作为多年冻土区重要的基础类型，多年来一
直受到冻土工程界和学术界的广泛关注。
结合室内冻土力学试验、模型试验和现场实物试
验，围绕桩基冻土作用机理、冻结强度影响因素、桩基
垂直水平承载力实测等方面，国内外学者近*" 年来进
行了大量的研究工作。但从目前所掌握的文献资料来
看，北美国家对桩基的研究多限于钢桩，径级较小，主
要应用于高纬度多年冻土区输油管道和房屋建筑工
程。俄罗斯在工程中所采用的桩基类型较为广泛，但
关于大径钢筋混凝土钻孔灌注桩在高温多年冻土地段
应用的实例尚未见报道。
中国科学院兰州冰川冻土研究所曾通过室内模型
试验，对影响冻结力的主要因素等方面进行了研究和
理论探讨，提出了温度、水分、土颗粒组成等因素对冻
结力影响的一般规律。
自!" 世纪+" 年代中期以来，铁道部第三勘测设
计院、伊图里河铁路分局等单位在高纬度冻土区大兴
安岭牙林线、伊满线和潮莫线建设中，对沿线的站场房
屋建筑进行了桩基试验研究。铁道科学研究院西北研
究所、交通部第一公路勘察设计院等单位结合青藏公
路建设，在高原多年冻土地区的五道梁、清水河、楚玛
尔河和昆仑山口建立桩基试验场，进行荷载试验和施
工工艺研究，取得了一系列珍贵资料（表$）。
目前，国内在多年冻土地区进行的桩基场地试验
均限于小径级（"( &’ , 以内），桩长也较短（) , 以内）。
因此，针对青藏铁路建设的实际需要，有必要对大径钢
筋混凝土钻孔灌注桩在高原多年冻土地区，特别是高
温、高含冰冻土地段应用开展研究，为设计和施工提供
依据。
" 工程技术措施的工作原理
桩可穿过软弱层和不稳定层将荷载传递到地面以
下某合理的层位，确保结构在使用寿命期内的稳定。
当在适当的埋置深度内存在具有较高承载力的理
想层位时，荷载由桩端承担；否则，由冻土层冻结力以
及融化层的摩擦力承担。在某些情况下，冻结力和桩
端承载力会共同发挥作用。
由于桩基施工能够最大限度地减小工程对地温的
热扰动，有利于实现“保持多年冻土地基处于冻结状
态”的设计原则。因此，如果结构设计合理、施工措施
得当，避免因季节冻融作用和冻土退化造成的冻胀和
融沉问题，可实现结构的稳定。
钻孔灌注桩的承载力明显高于打入桩和插入桩
（表$），原因在于灌注桩混凝土与孔壁的直接结合。
由于混凝土带入温度以及水泥水化放热的影响，使得
孔壁表面变得粗糙不平，加之砂浆向土体渗入并与土
结合，增强了混凝土硬化后以及地基回冻后桩土界面
的剪切强度。因此，可以大幅度地提高桩的承载能力。
# 工程结构设计计算方法
参照《冻土地区建筑地基基础设计规范》（-.-$$)
%)），初步设计时，可按下列公式估算桩基的承载力
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式中 ! ——— 单桩竖向承载力设计值，34；
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———桩端多年冻土层的承载力设计值，无
实测资料时应按规范附录 5 的规定选
用；
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———桩身横截面积，,
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———桩身周长，,；
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———第 ( 层多年冻土桩周冻结强度设计值，
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