混凝土水化热对多年冻土地温的影响研究.pdf
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1、1 1 4 低温建筑技术 2 0 1 3年第 7期 ( 总第 1 8 1期 ) 混凝土水化热对 多年冻土地温 的影响研 究 李明贤 , 张辰熙 ( 1 黑龙江省漠河县城市管理大队 黑龙江漠河1 6 5 3 9 9 ; 2 黑龙江省寒地建筑科学研究院 哈尔滨1 5 0 0 8 0 ) 【 摘要】 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
2、设研究具有很大的理论意义和工程实用意义。 【 关键词】 混凝土水化热 ; 多年冻土地温; 冻土回冻时间; 扩散半径 【 中图分类号】 T U 4 7 5 2 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 3 ) 0 7 0 l 1 4 0 3 我 国多年冻土主要分 布在东 北大 、 小 兴安 岭和松 嫩平原北部及西部高山和青藏高原。随着经济不断发 展 , 在多年冻土地 区进 行的建筑施 工数 量 日益增加 , 在 施工过程中, 随着混凝土释放水化热, 地温温度场将随 之 不断发生变化 , 随之直 接导致冻 土地层 物理 力学性 能 改变 , 严重破坏了冻
3、土地区土体的热力学平衡 。 目前我国尚未进行过混凝土水化热对多年冻土 地温影响的试验和实际工程监测 , 因此在多年冻土区 进行地温监测、 分析冻土地基在施工过程中冻土层地 温场的变化规律具有很大的理论和工程实用意义。 1 试验概 况 本试验场地岩( 土) 地层构成, 为第四系全新统植 物层 ( Q 4 p d ) 、 坡 积 层 ( Q 4 d 1 ) 、 残 积层 ( Q 4 e 1 ) , 岩 性 主 要有腐植土、 淤泥质粉质粘土混角砾、 粉质粘土混角砾 及碎石 、 碎石混粘性土等。 本试验为监 测 桩基 础混 凝 土水 化热 对 周 围冻 土 的温度影响。桩基础设计埋深 1 1 5 m,
4、 露 出地面高度 5 0 0 ra m。桩身直径 1 0 0 0 m m。桩采用负温早强混凝土 灌注 , 人工开挖至设计基底标高 , 清理基坑 , 下钢筋笼 , 加热沙石 、 水 、 搅拌混凝土 , 灌注桩基础 。 2试验前期 准备工作 试验桩周 冻土 温度 监测 选 取 中铁西 北 科学 研 究 院有 限公 司生产的 MF 5 1 3 0 0 0型热敏 电阻进行数 据 采集 ; 选取福禄克测试仪器 ( 上海) 有限公司生产的 F L U K E 2 8 9型进行测量和显示数据。 桩基础人工挖孑 L 前, 桩周预埋三组测温管, 管长 1 0 m, 测温管选取 q b 5 0无缝钢管, 管节之间
5、和管底密封 不透水 , 关口高出地面一定距离, 管V I 用保温材料进行 多层封堵 , 以免空气对 流 引起 地温 场异 常。测温管距 桩中心分别为 5 0 0 、 8 0 0 、 1 0 0 0 、 1 2 0 0 m m, 按照从里到外 编号为号测温孑 L 、 号测温孔、 号测温孔、 号测 温孔 , 采用的热敏电阻测温线放置于测温管中进行数 据采 集, 测 温 线 上 的测 温 点 按 照 1 0 m 以上 间 隔 5 0 0 m m, l O m以下间隔 1 0 0 0 m m布置, 共计 2 1个测温 点。距离试验桩 2 0 m处埋设一根测温管, 管长 2 0 m, 测温线放置于测温管
6、中, 测温线上的测温点按照 1 0 m 以上间隔 5 0 0 m m, 1 0 m以下 间隔 1 0 0 0 m m布置 , 共计 3 1 个测温点, 用于测量冻土地温温度。测温管在桩周的 布置如图 1 所示。 4 图 l测 温 冒 的布置 3试验过程 本次试验冻土温度监测过程于 2 0 1 0年 4月中旬 开始到2 0 1 1 年2月末试验结束 , 共监测 3 2 0余 d , 地温 监测每天一次, 桩周冻土温度监测水化放热初期一天 三次, 逐渐减少为一天一次, 得到了大量的试验数据, 温度监 测点如图 2 所示 。 图2 温厦 监 测点 4 试验结果及分析 4 1 场地地温随深度和时间的变
7、化曲线及分析 鉴于对桩周冻土温度变化规律的分析需要未受 到热扩散影响的冻土温度作为参考, 所以进行 了冻土 场地地温的监测。场地地温曲线如图3所示。 由图3可看出随着冻土深度增长, 地温缓慢升高, 当深度大于 1 0 m后, 地温趋于稳定, 维持在 一1 8 c c左 李明贤等: 混凝土水化热对多年冻土地温的影响研究 1 1 5 6O 0 4O 0 2 0 O O 0 O 2 O O 4O O 60 O 8 0 o 1 0 o o 一 冻土温度, 1 5 l 2 0 深度, m2 s 图3多年冻土地温随深度和时间的变化曲线 右。随着时间变化 , 从 4月份到 1 1 月份 , 从地表面到 8
8、m 深区间的冻土温度变化较大, 这是由于冻土温度受到了 大气温度的影响, 但到了 l 2月以后, 气温骤降到零下, 地表冻土温度也随之降低, 这个区间的冻土温度也随之 有较大的变化 , 但深于 l O re以下 的冻土温度受到外界气 温的影响非常小 , 几乎没有变化。 4 2 桩周冻土温度随时间的变化曲线及分析 由地温曲线分析可知 , 深于 l O m以下的冻土温度 受外界气温影响非常小, 为了体现桩基础水化热对桩 周冻土的单独影响, 我们取 l O re深处的温度作为分析 对象, 在浇筑混凝土后, 这个深度的桩周冻土温度随时 间的变化曲线如图4图7所示。 赠 1 0 8 6 4 2 0 -2
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