为研究混凝土入模温度、水化热对桩周冻土带来的热影响问题,以共玉公路查拉坪大桥桩基作为原型,设计了室内模型试验,研究了入模温度、水化热对冻土的热影响规律。研究结果表明,入模温度的影响时间为0～100min,200～300min为水化热影响期,入模温度对冻土的热影响程度大于混凝土水化热。入模温度最大影响范围是3倍桩径,1倍桩径以内为入模温度主要影响区,1～3倍桩径为入模温度和水化热共同影响区,3倍桩径以上为水化热影响区。入模温度及水化热在深度上影响范围是70～150cm,70cm以上冻土温度受外界环境影响较大,150cm以下冻土温度受下边界条件影响较大。
在多年冻土地区,90%的桥梁基础采用钻孔灌注桩基础。选用合适钻机减少施工扰动,使用低温或负温早强耐久性混凝土减少水化热并获得早强抗冻性是确保多年冻土地区桩基质量的主要措施。
以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析有限元模型,然后根据青藏高原清水河某地段实际气温和地温的初始条件计算了寒季施工条件下,混凝土入模温度分别为5℃及12℃时桩周地温场的变化,分析了混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供理论参考依据.
考虑基桩传热、地基冻土、大气温度变化、混凝土中水泥水化热、混凝土入模温度变化及其相互作用,建立温度场数值分析模型.通过数值分析,研究了青藏铁路多年冻土区在寒季桩基的回冻过程,混凝土入模温度的提高及其对施工的影响.研究发现,混凝土水化热对地温的扰动随着回冻时间的增加而减少,回冻两个月后单桩桩身表面处地温平均值在入模温度5℃及12℃条件下分别达到了天然孔地温平均值的57.3%及53%,因此要等混凝土水化热对地温的热扰动完全消除再施工是不现实的.在实际工程中,只要基桩承载力满足施工要求即可.
以热传导理论为基础建立了冻土区单桩地温场的热分析模型,然后以青藏高原清水河某地段夏季施工为条件,考虑实际气温和地温的初始条件,用有限元方法计算了混凝土入模温度从5℃提高到12℃时桩周地温场的变化,分析提高混凝土入模温度对桩的自然回冻时间及施工进度可能造成的影响,所得结论可为冻土区钻孔灌注桩施工进度安排提供参考。