首先提出了研究冻土区钻孔灌注桩周土体温度状况及回冻过程具有重要实践意义,然后对描述其物理现象的控制方程进行简单说明,最后运用有限元软件对其进行数值模拟,并与昆仑山试验场数据进行对比验证,以期该方法能够用于桩周土体温度状况及回冻过程预测。

针对多年冻土地区输电线路灌注桩基础的桩周温度场热影响问题,传统的研究建立在混凝土绝热升温的假设上,这种假设与实际不符并对计算结果产生影响。为了更好地规划后续工程施工,需要对传统计算进行优化。为了确定水化热放热过程对结果的影响,以实际桩基工程为例,分析了混凝土在绝热升温与带热源升温两种假设前提下温度场的变化规律,并比较了两种假设下土层以及桩身变化规律的区别。结果表明:带热源升温情况下桩底的回冻时间比绝热升温短5 d;同时建议桩基施工时要选择合理的施工工艺,对地基土质尽可能选择含水量低、传热系数高、容积热容小的冻土类型。

为研究高纬度低海拔岛状多年冻土地区桥梁钻孔灌注桩施工后桩基温度的变化规律及回冻时间,利用智能温度监测系统采集了2根15 m长试验桩回冻前后的温度数据,实时监测了桩基的回冻进程,总结出了桩基温度随时间的变化规律并根据有限元分析结果建立了桩基回冻时间的计算方程。监测及分析表明:在冻土地温作用下桩基首先由桩底向上进行单向冻结,当大气温度降到0℃以下时桩基在上下两个方向同时冻结;回冻后桩身内部温度与桩侧土体温度基本保持一致,相同深度处温差均小于0.1℃;在入模温度相近时,1.2 m桩径试验桩的回冻时间是1.0 m桩径试验桩的1.14倍。

施工过程中混凝土的入模温度和水化热对多年冻土区桩基施工期间的热稳定性具有重要影响.针对该问题,利用有限元方法定量研究了±400 kV青藏直流输电线路冻土区锥柱基础入模温度、水化热和含冰量对桩基回冻过程、温度场变化和桩底融化深度的影响规律.结果表明:水化热影响下,桩基中心温度在第3天达到最高,桩底滞后1 d,基坑表面受其影响较小,主要受环境温度影响;第24天,桩底出现最大融化层,随着入模温度增加,融化层厚度相应增加,入模温度为6℃时融化层厚度为34 cm,15℃时为55 cm;入模温度越高,回冻时间越长,当入模温度为6℃时,完全回冻需经历52 d,15℃时,回冻时间将增加7 d.含冰量对桩底融化深度有影响,含冰量越大底部融化深度越小;冻土年平均地温是影响桩底融化深度的重要因素,少冰高温(-0.52℃)、低温(-1.5℃和-2.5℃)冻土条件下,最大融化层厚度分别为38 cm、34 cm和25 cm.基于上述结果,在多年冻土地区的桩基工程,建议混凝土入模温度为6～8℃,底部碎石垫层至少40 cm.

通过分析距桩中不同距离的冻土温度随时间的变化特征,得出了桩周冻土的回冻时间、不同距离的多年冻土地温随时间的变化曲线及变化规律,总结了桩周冻土的温度变化曲线特征是由于混凝土水化热释放热能以及周围冻土释放冷能的双向影响,得到了桩基础水化热的扩散半径。试验结果对多年冻土地区工业、民用建筑的建设研究具有很大的理论意义和工程实用意义。

桩基础广泛应用于多年冻土地区,桩基施工带进多年冻土地基的热量,在自然传导过程中传给周围的多年冻土,使桩周一定范围内的多年冻土升温,冻土融化。桩周融土在冻土环境作用下逐渐冷却,进而恢复冻结状态,冻结承载力形成。这一过程需要的时间,控制着多年冻土区桥梁桩基及整个桥梁的施工工期,也是合理安排施工工期的重要依据,文中以直径1.2 m的桩基为研究实体工程,通过观测与有限元分析,对多年冻土区桩基回冻时间进行了探讨。

结合对冻土区钻孔扩底桩的现场试验数据,论述了灌注桩地温的回冻规律及上限变化情况,通过现场静载试验,比较了扩底桩与直孔桩的抗拔能力,分析了桩周土体冻结强度、地面变化的基本状态。

按保护冻土原则设计的桩基 ,必须要等到桩基完全回冻以后才能进行承台等上部结构的施工。因此 ,桩基回冻与否关系到整个桥梁的施工 ,也是合理组织施工的前提。工程中一般采用测温的方法监测桩基的回冻。文章针对青藏铁路建设的实际需要 ,提出了测温孔布置的基本原则和测试频率。