青藏鐵路清水河高溫高含冰量?jī)鐾羺^(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(dòng)結(jié)果的不可逆性可能導(dǎo)致影響鐵路運(yùn)行的路基凍融病害產(chǎn)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(jié)構(gòu)。這種鐵路工程穩(wěn)定的關(guān)鍵是坐落在高溫不穩(wěn)定凍土層中的灌注樁基礎(chǔ)，而樁基礎(chǔ)穩(wěn)定的關(guān)鍵在于樁與樁周土體溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的相互作用效應(yīng)。
　　 橋梁樁基礎(chǔ)穩(wěn)定性問題實(shí)際也是青藏鐵路凍土區(qū)工程凍融病害形成機(jī)理和防治技術(shù)研究領(lǐng)域的有機(jī)組成部分，本課題著力研究的高溫凍土區(qū)凍土與結(jié)構(gòu)的相互作用問題

2、，對(duì)青藏鐵路運(yùn)營具有重要的理論價(jià)值和工程實(shí)踐意義。
　　 本文通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論計(jì)算，研究預(yù)測(cè)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(píng)價(jià)青藏鐵路凍土區(qū)類似地段樁基的工程狀態(tài)以及災(zāi)害處理提供預(yù)測(cè)和決策依據(jù)。
　　 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(yùn)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(duì)樁基及樁周土體的應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)及溫度場(chǎng)的

3、演變規(guī)律的影響，以及對(duì)樁基穩(wěn)定性的影響。
　　 通過上述工作得出如下對(duì)工程具有參考價(jià)值的結(jié)論：
　　 1)樁基施工產(chǎn)生水化熱對(duì)高溫凍土區(qū)的凍土的熱擾動(dòng)在6個(gè)月到1年左右的時(shí)間逐漸消失，熱擾動(dòng)范圍橫向?yàn)?m，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(nèi)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(duì)環(huán)境溫度變化響應(yīng)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(jié)合高溫凍土土性和溫度特點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jìn)行理論還原分析可知，當(dāng)未來凍土發(fā)生上述幾種退化可能時(shí)，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(cè)摩阻力、多年凍土上限下的凍結(jié)力和樁端阻力組成，對(duì)于承受較大荷載而引起樁土相對(duì)滑移的樁基，還包括凍土與樁側(cè)的摩阻力等。凍結(jié)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(dǎo)致樁基凍結(jié)力的弱化甚至喪失，從而對(duì)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(cè)摩

6、阻力最先發(fā)揮，當(dāng)其達(dá)到凍結(jié)力后將會(huì)發(fā)生相對(duì)滑移，此時(shí)該部分依賴凍土與樁的側(cè)摩阻力提供承載力，所不能分擔(dān)部分向下轉(zhuǎn)移引起樁身側(cè)摩阻力向下逐漸增大，最終樁側(cè)發(fā)生滑移而進(jìn)入樁端承載力階段。
　　 6)樁基在高溫凍土區(qū)計(jì)算條件下有沉降發(fā)生，上部橋梁荷載施加初期(第6個(gè)月)沉降較大，但是隨著時(shí)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(xiàn)象發(fā)生；這些規(guī)律與現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)規(guī)律較吻合。
　　 7)在凍土退化一定范圍內(nèi)，凍土上

7、限的下移導(dǎo)致樁側(cè)摩阻力減小，高溫凍土區(qū)樁基承載力下降，且樁基達(dá)到極限破壞時(shí)的沉降隨之減小，因而凍土上限下降對(duì)樁基的承載力具有破壞性影響；但是當(dāng)凍土退化加劇時(shí)，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(cè)摩阻力越小，從而樁端阻力越大。總體來講，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(diǎn)對(duì)凍土區(qū)樁基設(shè)計(jì)原則的確定和運(yùn)營期間橋梁病害防治具有重要參考價(jià)值。
　　 本文研究工