凍土層下水對樁基熱穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、隨著我國多年凍土區(qū)修建的工程設(shè)施越來越多，隨之而來的凍土問題也愈加凸顯。樁基礎(chǔ)作為多年凍土區(qū)最常見的一種基礎(chǔ)形式，得到了廣泛的應(yīng)用。但是隨著全球氣候變暖等外部因素的影響，凍土的賦存環(huán)境受到威脅，部分地區(qū)出現(xiàn)凍土退化，如多年凍土分布面積減小、凍土升溫、活動層厚度增大等，同時，在部分地下水發(fā)育的多年凍土區(qū)，具有承壓性的凍土層下水對多年凍土下限的抬升產(chǎn)生了巨大影響。由于樁基礎(chǔ)承載力的形成主要依賴于樁側(cè)凍結(jié)力的發(fā)揮，凍土升溫將直接導致樁土界面溫

2、度升高，進一步導致樁基承載力降低，既有樁基產(chǎn)生較大變形，甚至發(fā)生一系列病害。
　　本文以實際工程為背景，結(jié)合多年凍土區(qū)某樁基地溫資料和變形資料，分析了埋設(shè)熱棒和增加輔助樁在整治樁基病害過程中的地溫和變形規(guī)律，通過對比分析得出適用于存在凍土層下水條件下的樁基病害整治措施。從傳熱學基本理論和有限元數(shù)值計算方法出發(fā)，利用有限元分析軟件，分析存在凍土層下水地質(zhì)條件下的樁基熱穩(wěn)定性。主要工作有：考慮具有承壓性的凍土層下水（0.6℃）和環(huán)境升

3、溫共同作用下的凍土下限抬升、凍土層下水作用下樁基地溫場、熱棒加固樁基地溫場及新建樁基地溫場，最后通過有限差分軟件模擬了多年凍土下限抬升變化過程中樁基受力模式的轉(zhuǎn)變。主要的工作和結(jié)論有：
　?。?）通過現(xiàn)場地質(zhì)勘察和測溫資料確定凍土上下限，根據(jù)現(xiàn)場測溫資料可看出熱棒在寒季工作，具有單向工作的特性，一定長度熱棒對于降低影響范圍內(nèi)的土體溫度作用明顯；增加輔助樁后，經(jīng)過一定時間，樁基沉降變形趨于收斂。
　?。?）利用有限元分析軟件A

4、NSYS模擬了多年凍土區(qū)30年環(huán)境升溫1.56℃的升溫幅度和天然地表下20m深度處0.6℃凍土層下水共同作用下地溫場。凍土層下水對多年凍土退化影響較大，致使凍土下限抬升，凍土層下水和環(huán)境升溫二者共同作用下導致多年凍土凍土整體升溫，凍土層厚度變薄。
　?。?）樁基受凍土層下水和環(huán)境升溫的影響，樁土界面溫度升高，凍土下限抬升。結(jié)果表明，凍土下限穩(wěn)定的情況下，樁側(cè)地溫升高，樁基承載力隨時間變化出現(xiàn)了明顯的減小。
　?。?）埋設(shè)熱棒

5、以后樁側(cè)凍土層的平均溫度在暖寒季均有了不同程度的降低，寒季熱棒工作，樁側(cè)地溫相比于普通樁基樁側(cè)溫度較低；暖季熱棒不工作，但是由于熱棒寒季工作，凍土層已經(jīng)儲備了較多的“冷量”，因而對于環(huán)境升溫和凍土層下水帶來的熱擾動相比于普通樁基而言對熱擾動反應(yīng)更遲緩。
　?。?）由于凍土層下水的存在，凍土層溫度升高，凍土下限發(fā)生了較大變化，引入混凝土水化熱后，傳熱過程變得復雜且長期。經(jīng)過兩年的熱傳導過程，可以認為混凝土水化熱對多年凍土的熱擾動影響