多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁熱學(xué)分析及模型試驗(yàn)研究.pdf

1、凍土是一種特殊的土類,除了含水量、密度和礦物成分影響它的工程性質(zhì)、物理和化學(xué)性質(zhì)外,它對氣候和環(huán)境變化很敏感。凍土中的樁基承載力受溫度狀態(tài)嚴(yán)重影響,當(dāng)凍土地基溫度的升高時(shí),其承載能力和凍結(jié)強(qiáng)度隨之降低。
　　在多年凍土區(qū)工程建設(shè)中,鉆孔灌注樁是樁基礎(chǔ)中最常見的一種施工方法,因?yàn)樗鼘鐾恋鼗鶡嵊绊懶?維持了凍土的原始狀態(tài)。另外,樁在施工時(shí)方法簡單,成樁后具有承載能力和抗凍能力高的特點(diǎn),所以,鉆孔灌注樁在多年凍土區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用與發(fā)

2、展。
　　通常,由于水泥和水之間所發(fā)生的化學(xué)和物理反應(yīng),導(dǎo)致混凝土樁在澆筑完成后會(huì)釋放水化熱。對于多年凍土區(qū)的鉆孔灌注樁而言,鉆孔產(chǎn)生熱以及混凝土樁會(huì)釋放水化熱都會(huì)對凍土地基帶來熱影響,而混凝土的水化熱是主要來源,這些熱量在凍土回凍過程中逐漸傳遞到樁周凍土中,改變了凍土溫度場的原始狀態(tài)。特別是由于鉆孔灌注樁所釋放出的水化熱使得凍土溫度場受到很大的影響,導(dǎo)致樁周土溫度升高,在短時(shí)間內(nèi)處于非凍結(jié)狀態(tài)。凍土區(qū)樁周土溫度場嚴(yán)重制約樁基的承

3、載力,所以,多年凍土區(qū)樁周土回凍過程的研究為多年凍土區(qū)工程設(shè)計(jì)與建設(shè)有著重要的指導(dǎo)意義,并為基樁承載力形成的認(rèn)識(shí)及后續(xù)工程的施工提供了可靠的依據(jù)。
　　由于凍土的性質(zhì)特殊,凍土地基中基樁現(xiàn)場試驗(yàn)過程周期長,并且耗費(fèi)大量的人力、物力還有財(cái)力,因此,取代現(xiàn)場試驗(yàn)研究最佳的方案是進(jìn)行室內(nèi)凍土回凍試驗(yàn)。本文通過采用自制混凝土預(yù)制樁(內(nèi)置電熱棒)、自制制冷盤管、溫度巡檢儀、溫度傳感器、直流電源及XT5405型高低溫凍融循環(huán)試驗(yàn)箱等試驗(yàn)儀器,

4、組成了一套凍融與回凍的試驗(yàn)裝置,模擬鉆孔灌注樁在多年凍土地區(qū)的回凍過程,研究在不同的水化熱及地溫條件下樁周土的回凍規(guī)律。
　　另外,本文通過ANSYS有限元分析軟件用數(shù)值模擬的方法,模擬了室內(nèi)試驗(yàn)回凍過程的溫度場。由于混凝土樁水化熱的影響,以給定的微分控制方程和邊界條件為前提建立室內(nèi)試驗(yàn)的數(shù)值模型來模擬熱擾動(dòng)及回凍過程。經(jīng)過對數(shù)值計(jì)算的結(jié)果分析后,可以確切的得到樁周土的溫度隨時(shí)間、深度的變化規(guī)律。
　　本文通過不同的研究方法