浅谈一种寒区冻土地基新型桩的设计思路和工作性状探讨

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1、西安理工大学硕士学位论文一种寒区冻土地基新型桩的设计思路和工作性状探讨姓名：徐彬申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：李宁20030601摘要一种寒区冻土地基新型桩的设计思路和工作性状探讨学科名称：岩土工程答辩日期：2003.6指导教师：李宁教授签名：研究生：徐彬签名：摘要随着西部大开发的实施，占国土面积60%以上的广阔冻土区建设中将不可避免地遇到越来越多的冻土工程问题。冻土地区桩基普遍存在着：1由于施工、水泥水化等造成桩周冻土融化，需相当长时间内才能回冻；2桩周冻土冻胀对桩的“冷拔”作用往往将桩拉断

2、；3桩周冻土融沉引起负摩阻力。本文基于“主动冷却”地基的思想，以及针对冻土地区普通混凝土桩存在的三大问题，提出了一种新型桩的设计思路，运用数值仿真试验手段对其冷却机理与加固机理进行了系统研究，即在冻融活动层的深度范围内，在混凝土桩身的表面刻槽，修筑完时槽内填充碎石、块石等多孔介质，通过外界大气温度的自然波动下多孔介质在冬季时存在的对流换热机制，而在夏季只存在热传导，来达到主动冷却桩周冻土和抬升冻土上限的目的。本文分别对低温冻土区钻孔灌注桩和高温冻土区钻孔插入桩在冻融活动层范围内桩身刻槽前后的温度场、承载力

3、等特性进行了对比，并分析讨论了一些影响桩基稳定性的因素，最后给出了桩身刻槽的设计与施工原则。数值仿真分析的结果表明，桩身刻槽后，利用多孔介质自然对流降温效应，促进了冻土的发育，使桩的回冻时间大为缩短；冻土上限大幅度抬升，从而使得桩的承载力提高，抗冻胀融沉性能提高。与原有桩相比，制作工艺稍复杂，但其优越性突出，克服了原来的三大问题。关键词：多年冻土对流换热桩身刻槽冻土上限温度场1AbstractANewTypeofPileUsedinFreezingSoilFoundationDiscipline:Geot

4、echnicalengineeringAnswerData:June,2003Adviser:Prof.LiNingSignature:Mastercandidate:XuBinSignature:AbstractWiththeWestDevelopingplan,moreandmoreproblemsoffrozensoilengineeringwereinevitablyencounteredduringconstructionsinvastcoldregions.Oneofthemostimport

5、antoneisthepilesonthepoorgeologicalconditionssuchassaturatedpermafrostsoilorunderneathicelayers,suchas:1.frozensoilbesidepilesisthawedcausedbyconstructionandcementhydrateheat,itneedquitetimetorecoverfreezingagain;2.frostheavingsometimespulluppiles;3.thaws

6、ettlementcausenegativefriction.Thispaperbaseonthethoughtof“initiativecooling”,aimatthreeproblemsexistingincommonconcretepileusedinfrozensoil,anewtypeofpileisproposedtoovercomethedisadvantagesoftheclassicalpileusedinfrozensoil.Pilebodywithinactivelayerisfl

7、utedandrefilledwithporousmaterialssuchasgravelsandballasts,convectionwillbeoccurandthenthermalexchangeinsideporousmaterialinwinterwhileonlyheatconductionexistsinsummer,asaresultthesoilaroundflutingswillbecooled,sothetoplineofpermafrostwillbedriveup.Inthis

8、paper,temperaturefieldandbearingcapabilityofboreperfusionpileinlowtemperaturepermafrostandofboreinsertingpileinhightemperaturepermafrostwillbecontrastedrespectivelybeforeandafterfluted.Thesimulationanalysisanddiscus