2022年多年冻土桩温度场研究_大直径钻孔灌注桩.docx

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1、2022年多年冻土桩温度场研究_大直径钻孔灌注桩 1工程概况 场地位于青藏高原腹地，属楚玛尔河高平原区，清水河一级阶地，海拔4530m。自然冻土上限深度为2.02.5m。该多年冻土区年平均地温在-1.0-0.5之间，属于高温不稳定多年冻土区，桩设计为直径为1.25m、桩长14.5m。依据现场地质钻探状况，试桩处钻孔所揭露的地层可知该试验场地存在冰夹层，冰层局部厚度可达20cm。表层为厚度0.5米的粗砾砂，以下为粗砾砂；中砂；含砂冰层；中砂；粉质粘土；泥灰岩。 2冻土中混凝土桩水化热的计算 水泥与水作用时会释放热，这种由于水化而放出的热，称之为水化热。水化热由水泥的矿物成分确定，也与细度等因素有

2、关。一般来说，1水泥的最终水化热依据各熟料矿物的含量确定，数值为： 水泥水化热释放量随时间而改变，满意下式： 式中：为在龄期时的累积水化热；为每1水泥的水化热；龄期；m为常数。 不同龄期混凝土的绝热温度： 式中：T()为不同龄期混凝土的绝热温度；W为每立方米水泥的用量，取416kg；r为混凝土的质量密度，取2400；c为混凝土的比热，取0.96； 不同龄期混凝土内部温度： 式中：0为入模温度；为混凝土散热系数，取0.6。 在不同龄期混凝土的水化热、混凝土绝热温度、混凝土内部温度等计算结果见表1。 表1不同龄期混凝土的水化热、绝热温度和内部温度 Table1Thehydrationheats,t

3、heinsulativetemperatures andinternaltemperaturesofconcreteindifferenttimes 龄期(d) 水化热(KJ) 肯定温度() 内部温度() 龄期(d) 水化热 (KJ) 肯定温度 () 内部温度 () 1 103.67 4.85 12.91 21 3101.27 73.96 53.17 5 310.75 43.59 36.15 25 3101.78 73.14 53.29 9 373.12 62.84 47.73 29 3101.93 73.20 53.32 13 391.90 69.33 51.60 33 3101.101 7

4、3.21 53.33 17 3101.56 73.34 52.81 37 3101.101 73.22 53.33 19 3101.66 73.74 53.04 39 400.00 73.22 53.33 3桩周地基冻土地温场分析方法 依据对称边界条件，两侧面固定边界上的边界条件为：；底面固定边界上的边界条件为：；边界上的边界条件为：。 热量平衡方程： 场地冻土的物理指标及热学参数见表2。 表2物理指标及热学参数 Table2Physicalandthermalparameters 深度(m) 类型 kJ/(kg) kJ/(kg) kJ/(mh) kJ/(mh) 0.00.5 粗砾砂 2200

5、 1.08 0.87 6.56 8.63 0.53.2 中砂 2000 1.40 1.04 7.23 10.85 3.23.4 含砂冰层 1500 1.63 1.16 7.33 11.45 3.413.0 中砂 2000 1.43 0.66 7.32 11.33 13.020.0 粉质粘土 2101 1.46 0.73 7.52 8.33 20.0 泥灰岩 2200 1.69 1.42 6.86 10.43 钢筋混凝土 2500 4计算模型及结果 本计算模型在计算多年冻土单桩自然回冻过程时假设混凝土灌注桩产生的水化热是半无限介质中的热源，灌注桩的混凝土入模温度和水化热对冻土的影响被认为是在冻土

6、中突然加的一个高于冻土温度的热桩。就本问题而言，计算模型在径向取20m，桩底以下冻土厚度取10m，由对称性条件，采纳轴对称计算模型，取二分之一作为分析模型。0.5m，2.5m，10m及14.5m处地温随时间的改变见图1图4，数据结果汇总见表3。 表3不同深度地温随时间改变结果表 Table3Theresultstablebetweentemperatureandtimeatdifferentdepths 深度 位置 最高温度及 所用时间 达到负温 所用时间 最终温度 温度走向 0.5m 桩中心 24.27，2 89 -0.45 下降 桩壁 15.91，3 93 -0.56 下降 2.5m 桩中

7、心 23.56，2 88 -0.57 下降 桩壁 11.57，3 91 -0.63 下降 10m 桩中心 22.44，2 25 -0.101 下降 桩壁 8.69，3 22 -0.101 下降 14.5m 桩中心 9.02，1 21 -1.36 下降 桩壁 8.23，1 19 -1.73 下降 0图10.5m处地温随时间改变曲线图22.5m处地温随时间改变曲线 Fig.1Thetemperature-timecuresof0.5mFig.2Thetemperature-timecuresof2.5m 图310m处地温随时间改变曲线图414.5m处地温随时间改变曲线 Fig.3Thetemper

8、ature-timecuresof10mFig.4Thetemperature-timecuresof14.5m 5结论 由以上曲线可知，不同深度处温度改变规律大体一样，在浇筑后，温度都要经验一个急速升温，然后快速降温的过程，当将至0时，下降速度起先放慢。 桩底14.5m处桩中心及桩壁出现的最高温度9.02及8.23，小于桩身其他断面出现的最高温度，这是由于桩底与大面积的冻土干脆接触，散热效果好，导致温度要比其他深度桩体的温度低。 混凝土水化热引起的温升由桩中心向四周渐渐降低，在桩壁0.5m、2.5m及10m深度处分别出现最高温度15.91、11.57及8.69，比桩中心最高温度的出现时间要晚

9、1天，这是由于冻土初始地温及传热介质不同，同时也说明水泥水化热的放热速度要大于它的传递速度。 桩底断面14.5m处基本没有温度上升现象，这是由于水化热总放热小于冻土的总吸热所致。 桩中心和桩壁达到负温的时间随着深度的增大而减小，0.5m处的回冻时间在89天以上，而桩底在19天就达到了回冻时间，这主要是受外界气候的影响。 参考文献1中科院冰川冻土探讨所.冻土的温度水分应力及其相互作用M.兰州:兰州高校出版社,11010.2程国栋,何平.多年冻土地区线性工程建设J.冰川冻土,2001,23(3):213-217.3王旭,蒋代军,赵新宇,刘德仁,青藏高原多年冻土区大直径钻孔桩回冻过程探讨J.铁道学报

10、,2004,27(2).4贾晓云,朱永全,李文江,高原冻土区桩基施工温度场探讨J.岩土力学,2004,25(7).5徐学祖,王家澄,张立新.土体冻胀和盐胀机理M.北京:科学出版社,11015.6吴紫汪,程国栋,朱林楠.冻土路基工程M.兰州:兰州高校出版社,11018.7何平,程国栋,朱元林.土体冻结过程的热质迁移探讨进展J.冰川冻土,科学出版社,2001(3):92-95.8铁道部第三勘测设计院.冻土工程M.北京:中国铁道出版社,11014. 第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页