在全球气温变暖的情况下，冻土中的冰晶体开始融化，使高温多年冻土中含冰量减少，桩基与高温多年冻土的桩土相互作用发生变化，导致桩土界面冻结力减小，进而造成桩基的下沉，而下沉产生的桩土界面剪切应力反过来又加剧了桩土界面升温的不良循环，最终可能造成桩基发生强度破坏、倾覆变形或整体失稳。
在各国寒区工程建设施工中，涵洞与桥梁桩基破坏、边坡滑坡、房屋墙体开裂与倒塌等事故日益上升。1973年至1984年在青藏公路全线改建为沥青路面，多年冻土区桥梁结构的基础基本采用桩基基础，在使用过程中逐渐暴露出基础沉陷和冻拔等稳定性问题，到1990年调查时青藏公路分布的近120座桥梁，已经有80%以上的桥梁出现了不同程度的病害，见图1.1、图1.2。
图1.1 地基融沉引起桥跳
图1.2 桥台下沉引起桥面折裂和倾斜
通过对这些发生病害的桥梁进行分析，其病害主要表现为：
（1）多孔桥面出现波浪形的变形，桥面铺装脱落，见图1.3；
（2）预制板梁开裂和挠曲变形，见图1.4；
（3）板梁底部出现较大的裂缝，严重的出现板底混凝土碎落、露筋等，见图1.5；
（4）桥墩台严重剥蚀，部分桩柱露筋，见图1.6；
图1.3 桥面铺装脱落
图1.4 桥梁扭曲变形
图1.5 桥梁混凝土脱落、露筋
图1.6 桥系梁开裂
（5）钢筋混凝土桩基础冻拔破坏；
（6）墩台基础整体上抬并伴有倾斜、墩台横向拔断或剪断裂缝，见图1.7；
（7）桥台翼墙倾斜与断裂；
（8）桥下铺砌及截水墙被掏空破坏；
（9）锥坡冻胀、沉陷、八字墙倾斜；(www.xing528.com)
（10）导流堤冻胀沉陷坍塌等。
图1.7 桥台、锥坡开裂
上述多年冻土区桥梁结构发生诸多病害问题的本质是由于冻土力学性质的不稳定，因此，在多年冻土区桩基的稳定性问题有待进一步的研究。随着国家基础设施的不断建设，冻土区建成大量工程结构物，鉴于冻土对温度的敏感性，全球气候变暖高海拔地区升温［3］、大气温度升高、冻土区季节融冻层加深、多年冻土退化等［4］这些因素，均会对工程结构物的基础稳定性和承载性能有所影响，最终将影响工程结构物的正常使用和安全性。对于多年冻土区的桩基工程，冻土退化对桩基有以下的影响：
（1）桩基的冻胀破坏。
由于水冻结成冰，体积约增大9%，因此土中水冻结成冰时，土体将出现体积膨胀，这种现象称之为冻胀。土体冻结时，形成水分迁移，即不仅原来位置的水分冻结成冰，而且在渗透力的作用下，水分将从未冻区向冻结锋面迁移，并在冻结锋面结成冰形成冻胀。由于土的冻胀则在桩身就会产生切向冻胀力和水平冻胀力，如果上部荷载、自重及桩与冻土间的摩擦力不足以平衡总切向冻胀力，桩将产生向上拔的力造成桩身的破坏，进而导致上部结构物的破坏。
（2）桩身冻结力减小。
随着冻土退化将导致冻土上限的下移，桩基的极限承载力急剧降低，桩基的柔度系数不断增大。桩基的柔度系数为单位荷载作用下桩顶产生的位移。柔度系数越小，桩基的承载性能越好。这也说明桩基的承载力不断下降。随着冻土上限的下移，桩侧摩阻力急剧减小。这是因为冻土桩基主要靠冻结力来承担上部荷载，多年冻土上限下降将对桩基的承载性能产生不利的影响，上限下降到桩底时桩侧摩阻力只有上限在4m处的1/5。随着桩顶荷载的增加，桩端阻力不断增大，但是速率明显不同，在初期增加比较缓慢，随后随着荷载的进一步增加，桩端阻力也快速增大，表明随着桩体发生较大的位移，桩侧摩阻力由静止摩阻力转变为滑动摩阻力，数值上降低且很难再增加，桩端承担了上部荷载主要部分。卸载后，桩基残余变形很大，回弹很小，高温多年冻土桩基变形大多属于不可恢复的塑性变形。
（3）桩侧摩阻力减小。
随着冻土退化，桩侧摩阻力不断减小。桩基的侧摩阻力比例越小，从而使桩端阻力比例越大。这是因为冻土桩基主要靠冻结力来承担上部荷载，冻土上限下移直接导致冻土层厚度的减少；桩侧摩阻力的分布与发挥不仅与冻土上限有关，还与土层性质有直接关系，弱风化岩层的桩侧摩阻力最大，其次为砂土层、亚砂土层、亚黏土层。由于地基参数是桩基础设计的基本依据，因此全球气候变暖引起的冻土退化会给桩基带来比较严重的后果。具体而言，设计地基为高温极不稳定冻土的，地基退化成为非冻土；设计地基为高温不稳定冻土的，地基可能退化成高温极不稳定冻土；设计地基为低温基本稳定冻土的，地基可能退化成高温不稳定冻土，这将给桩基础的承载能力带来十分不利的影响。对于青藏铁路而言，低温基本稳定多年冻土在青藏铁路多年冻土区内占线路总长的20%左右，高温不稳定多年冻土类型在青藏铁路多年冻土地区占60%左右，如果设计时对冻土退化问题没有引起足够的重视，就有可能在青藏铁路运营中期出现比较大范围的病害。
在桩基础设计计算时，对于高温极不稳定冻土区，同时按冻土区桩基础和常规摩擦桩基础分别计算其承载能力，取其小者为设计单桩承载力。对高温不稳定冻土区，计算时对可能影响的桩长范围按高温极不稳定冻土计算其承载能力。对低温基本稳定区和低温稳定区，计算时对可能影响的桩长范围按降低1级来计算其承载能力。
对于冻土地区已经建成工程结构物的桩基，研究冻土在温度升高后桩基础的力学特性，关系到桩基在设计使用年限内能否满足结构的功能要求及上部结构安全使用；对于在多年冻土区即将建造的工程结构物，这种不稳定工程环境将加大工程结构物设计原则的选取难度和确定冻土稳定性的难度，使寒区工程结构物在工程设计方面存在不少技术难题。因此，在全球气候变暖的情况下，研究冻土桩基的承载力以及预测桩基未来的安全与稳定已成为目前工程中亟须解决的问题，采用室内模型试验分析大气温度升高下多年冻土区桩基承载性能对多年冻土区桩基的设计与施工具有重要的实践指导意义，对冻土理论发展具有研究意义。
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