多年凍土區(qū)鉆孔灌注樁熱學分析及模型試驗研究.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、物理和化學性質外,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)嚴重影響,當凍土地基溫度的升高時,其承載能力和凍結強度隨之降低。
　　在多年凍土區(qū)工程建設中,鉆孔灌注樁是樁基礎中最常見的一種施工方法,因為它對凍土地基熱影響小,維持了凍土的原始狀態(tài)。另外,樁在施工時方法簡單,成樁后具有承載能力和抗凍能力高的特點,所以,鉆孔灌注樁在多年凍土區(qū)得到了廣泛的應用與發(fā)

2、展。
　　通常,由于水泥和水之間所發(fā)生的化學和物理反應,導致混凝土樁在澆筑完成后會釋放水化熱。對于多年凍土區(qū)的鉆孔灌注樁而言,鉆孔產生熱以及混凝土樁會釋放水化熱都會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,導致樁周土溫度升高,在短時間內處于非凍結狀態(tài)。凍土區(qū)樁周土溫度場嚴重制約樁基的承

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)工程設計與建設有著重要的指導意義,并為基樁承載力形成的認識及后續(xù)工程的施工提供了可靠的依據。
　　由于凍土的性質特殊,凍土地基中基樁現場試驗過程周期長,并且耗費大量的人力、物力還有財力,因此,取代現場試驗研究最佳的方案是進行室內凍土回凍試驗。本文通過采用自制混凝土預制樁(內置電熱棒)、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)試驗箱等試驗儀器,

4、組成了一套凍融與回凍的試驗裝置,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值模擬的方法,模擬了室內試驗回凍過程的溫度場。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試驗的數值模型來模擬熱擾動及回凍過程。經過對數值計算的結果分析后,可以確切的得到樁周土的溫度隨時間、深度的變化規(guī)律。
　　本文通過不同的研究方法