随着我国多年冻土区修建的工程设施越来越多,随之而来的冻土问题也愈加凸显。桩基础作为多年冻土区最常见的一种基础形式,得到了广泛的应用。但是随着全球气候变暖等外部因素的影响,冻土的赋存环境受到威胁,部分地区出现冻土退化,如多年冻土分布面积减小、冻土升温、活动层厚度增大等,同时,在部分地下水发育的多年冻土区,具有承压性的冻土层下水对多年冻土下限的抬升产生了巨大影响。由于桩基础承载力的形成主要依赖于桩侧冻结力的发挥,冻土升温将直接导致桩土界面温度升高,进一步导致桩基承载力降低,既有桩基产生较大变形,甚至发生一系列病害。本文以实际工程为背景,结合多年冻土区某桩基地温资料和变形资料,分析了埋设热棒和增加辅助桩在整治桩基病害过程中的地温和变形规律,通过对比分析得出适用于存在冻土层下水条件下的桩基病害整治措施。从传热学基本理论和有限元数值计算方法出发,利用有限元分析软件,分析存在冻土层下水地质条件下的桩基热稳定性。主要工作有:考虑具有承压性的冻土层下水(0.6℃)和环境升温共同作用下的冻土下限抬升、冻土层下水作用下桩基地温场、热棒加固桩基地温场及新建桩基地温场,最后通过有限差分软件模拟了多年冻土下限抬升变化过程中桩基受力模式的转变。主要的工作和结论有:(1)通过现场地质勘察和测温资料确定冻土上下限,根据现场测温资料可看出热棒在寒季工作,具有单向工作的特性,一定长度热棒对于降低影响范围内的土体温度作用明显;增加辅助桩后,经过一定时间,桩基沉降变形趋于收敛。(2)利用有限元分析软件ANSYS模拟了多年冻土区30年环境升温1.56℃的升温幅度和天然地表下20m深度处0.6℃冻土层下水共同作用下地温场。冻土层下水对多年冻土退化影响较大,致使冻土下限抬升,冻土层下水和环境升温二者共同作用下导致多年冻土冻土整体升温,冻土层厚度变薄。(3)桩基受冻土层下水和环境升温的影响,桩土界面温度升高,冻土下限抬升。结果表明,冻土下限稳定的情况下,桩侧地温升高,桩基承载力随时间变化出现了明显的减小。(4)埋设热棒以后桩侧冻土层的平均温度在暖寒季均有了不同程度的降低,寒季热棒工作,桩侧地温相比于普通桩基桩侧温度较低;暖季热棒不工作,但是由于热棒寒季工作,冻土层已经储备了较多的“冷量”,因而对于环境升温和冻土层下水带来的热扰动相比于普通桩基而言对热扰动反应更迟缓。(5)由于冻土层下水的存在,冻土层温度升高,冻土下限发生了较大变化,引入混凝土水化热后,传热过程变得复杂且长期。经过两年的热传导过程,可以认为混凝土水化热对多年冻土的热扰动影响已基本结束,但是冻土层下水依然持续影响着桩基地温场,进而对桩基热稳定性产生影响。(6)通过数值模拟研究多年冻土下限抬升过程中的桩基承载性能,对桩基受力模式变化进行分析,指出了设计和病害整治中应注意的问题。