论文题目：Foundations in Permafrost of Northern Canada: Review of Geotechnical Considerations in Current Practice and Design Examples

论文链接：https://www.mdpi.com/2673-7094/4/1/15

期刊名：Geotechnics

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/geotechnics

在多年冻土盛行的加拿大北部，几十年来一直存在着难以获得、负担得起且高质量的住房的持续短缺。由于多年冻土力学和气候变化的影响，多年冻土地基设计面临着独特的工程挑战。加拿大北部没有专门针对桩基础或浅基础的设计规范。因此，设计过程严重依赖于北极工程师的经验。为了清晰地记录当前的实践并为工程师或专业人员提供指导，有必要对北极地区地基设计的实践进行全面的回顾。本文的主要目的是概述多年冻土中常见的地基以及在冻土上建造建筑时采用的岩土工程考虑因素。本研究回顾了加拿大北部目前使用的深基础和浅基础的实践。回顾总结了目前用于估算多年冻土地基设计的关键因素（包括冻土强度、蠕变沉降和冻胀）的方法。为了了解地基设计中的岩土工程考虑因素，本研究采访了多位在多年冻土区地基设计方面经验丰富的工程师或专业人员，并总结了研究结果和受访者的意见。最后，为了展示从采访和回顾中获得的设计方法，本文提供了两个设计实例，其中分别根据现行的抗冻强度、长期蠕变沉降和冻胀原理，设计了螺旋桩和钢管桩来支撑加拿大北部的一栋住宅建筑。假设多年冻土的温度为-1.5°C，设计寿命为50年。设计实例表明，对于75kN的轴向荷载，需要12m长的钢管桩或7m长的螺旋桩。

带热虹吸器的混凝土扩展基础示意图及阿拉斯加诺姆和波因特莱伊地区平环热虹吸器的使用情况

研究过程与结果

本综述总结了加拿大北部地区地基设计面临的挑战和实践。这些见解源于对相关实践的全面回顾以及对该领域专业人士和岩土工程师的访谈。本文还根据回顾和访谈的结果，概述了螺旋桩和钢管桩的设计方法。旨在为专业的岩土/土木工程师提供有关多年冻土地区地基工程实践的宝贵见解。

目前，人们正在研究各种方法来维护浅层地基和桩的土体完整性。例如，可以使用防粘涂层来保护桩和柱并减少冻胀。虽然这些方法在理论上很有前景，但目前证明其在实际地基中有效性的研究仍然相对较少。 任何技术都不太可能使土壤完全冻结；然而，它至少可以在冬季和夏季保持尽可能低的温度，从而减少冻胀作用的影响，并提高土壤与地基之间的抗冻粘结能力。在所有方法中，热虹吸法似乎是必不可少的。 对于荷载较低、活动层较浅的小型结构，基础和千斤顶垫块可能是最佳选择，因为它们经济高效、易于安装，并且对专业劳动力或重型机械的依赖程度较低。然而，对于更大、更复杂的结构，螺旋桩、钢管桩和空间框架系统可能是必要的。 在加拿大北部多年冻土层中设计桩时，必须考虑抗冻强度（轴向稳定性）、冻胀（轴向使用性能）和长期蠕变沉降（轴向使用性能）。螺旋桩和钢管桩的设计实例表明，螺旋桩可能需要7米的长度，而钢管桩则需要12米的长度。 气候变化将继续对北极地区地基及其支撑的托换基础设施的完整性构成重大风险。气候变化可能会增加活动层的深度，并使多年冻土温度升高，这两种结果都会降低地基的性能。建议使用水热力学模拟和现场监测程序来预测未来几十年的地基性能。此外，对住宅和商业建筑的地基进行生命周期评估，有助于协助北极社区的决策者。最后，有必要对螺旋桩和钢管桩在多年冻土中的工程性能进行现场调查，尤其是在较温暖的多年冻土条件下。这一点尤为重要，因为目前关于设计指南的文献可以追溯到20世纪80年代，当时气候变化还没有像今天这样受到关注。

永久冻土基础示例

研究总结

本文对北极地区的地基设计实践进行了全面回顾。全文对加拿大北部深、浅地基的现状进行了回顾。综述了目前用于冻土地基设计的关键因素估算方法，包括冻土强度、蠕变沉降和冻胀。本研究为理解永冻土区的常见地基以及在冻土上进行建筑时所采用的岩土工程考虑因素提供了重要的见解。

作者介绍

Lijun Deng博士是阿尔伯塔大学工程学院土木与环境工程系副教授。他拥有加州大学土木与环境工程博士学位和清华大学岩土工程硕士学位。他长期致力于岩土地震工程的研究和教学，研究领域涵盖土-结构相互作用、桩基、土动力学和多年冻土工程。

期刊简介

Geotechnics（ISSN: 2673-7094）为岩土工程相关研究提供了一个先进的论坛。它发表原创文章、通讯、技术笔记和评论文章，以及特定主题的特刊。 《岩土工程》旨在鼓励科学家尽可能详细地发表他们的实验和理论结果，以便这些结果能够被复现。因此，该期刊对论文篇幅没有限制。此外，包含计算和实验步骤完整细节的电子文件或软件，以及源代码，均可作为补充材料提交。

《岩土工程》是一本索引式、开放获取的学术期刊，旨在展示和培育全球土壤、岩石和岩土环境工程领域的高质量研究和开发活动。地基是一个复杂的领域，对工程和科学都至关重要，包括地基工程、结构工程、水文学、地质学、行星科学和物理学。在地基工程中，地基为建筑环境提供支撑。它还提供建筑材料、防御自然灾害的设施，以及水流、化学过程等的介质。从土木工程的角度来看，岩土工程是最古老的工程学科之一，其历史可以追溯到文明的曙光，并在过去一个世纪左右经历了巨大的发展。凭借这种开放获取和快速出版的平台，《岩土工程》杂志是您发表高质量原创研究论文的理想平台，涵盖现代土体与岩石工程及相关学科的各个方面。

期刊主编

Prof. Dr. George Mylonakis

英国布里斯托大学土木工程系及阿联酋哈利法大学土木基础设施与环境工程系

geotechnical engineering; geotechnical earthquake engineering; soil-structure interaction; soil dynamics; earthquake engineering (岩土工程; 岩土地震工程; 土-结构相互作用; 土动力学; 地震工程)

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