[发明专利]冻土区域分区控温桩基、群桩系统及设计方法、施工方法

说明书

本发明涉及寒区桩基工程领域，特别涉及冻土区域分区控温桩基、群桩系统及设计方法、施工方法，桩基在结构上形成分区控温结构，实现桩心区域和桩侧区域的独立控温结构，并通过设计方法提前确定控温温度和控温时间，在多年冻土区桩基成桩过程中进行分区分阶段控温，能够同时满足桩基混凝土在强度形成阶段的养护正温需求和桩基承载力形成阶段桩周冻土的回冻负温需求，降低桩基养护温度对桩侧冻土的影响，加快桩基混凝土强度的形成，实现冻土区域混凝土养护和冻土耦合作用下的桩基快速成型，缩短了工期，减少工程投资。

技术领域

本发明涉及寒区桩基工程领域，特别涉及冻土区域分区控温桩基、群桩系统及设计方法、施工方法。

背景技术

青藏高原多年冻土区气候恶劣，平均海拔4500m以上，冰冻期一年约8个月，年平均气温-2℃~-6℃，在青藏高原多年冻土地区进行现浇混凝土的施工意味着混凝土的拌合、运输、浇筑只能在较低的温度下进行，而对于混凝土来说，其强度和养护的温度有着直接的联系，过低的养护温度会导致混凝土的强度上升缓慢，甚至达不到设计强度，研究表明，在多年冻土地区，较高的早期养护温度有利于增加混凝土的早期强度，所以，目前常采用棚罩法、蒸汽套法、内部通气法、电加热养护法等，以通过提高早期养护温度来增加混凝土的早期强度，但是，由于桩基属于隐蔽工程，很多加热养护方法无法实现，尤其是寒区桩基工程，桩基与桩周冻土耦合作用，单一加热方式会对冻土产生严重扰动，影响桩周冻土的回冻。

对于多年冻土地区的混凝土灌注桩，现阶段实际工程中桩周回冻一般采用自然回冻法，桩基周围的负温环境即是桩基混凝土的养护温度，桩基混凝土水化反应过程释放出的大量水化热，会对桩周冻土产生较大的热扰动，造成桩周冻土融化，引发扩孔、积水等问题，影响桩周冻土回冻时间，而多年冻土地区，桩基的承载力大部分来自于桩周冻土的冻结力，桩周冻土的回冻时间对桩基承载力的形成及后续施工时间都有重要影响，若控制桩基水化过程温度，使其在负温下反应，虽然可以保障桩周冻土稳定，但是过低的温度又对混凝土强度形成和养生不利，影响桩身强度，因此，导致出现了桩基成桩过程中养护正温需求与冻土负温环境的矛盾、桩基承载力形成对桩周负温需求与冻土受热融化的矛盾。

现阶段控制多年冻土地区灌注桩桩基强度的手段主要有：提高混凝土入模温度、采用高性能抗冻混凝土、采用低温早强高性能复合外加剂等，在桩周冻土回冻过程中主要采用自然冷却、延长工期或插入热棒的方式实现冻土回冻。但是，过高的入模温度会影响冻土回冻时间，延缓桩基承载力的形成，延长施工工期；高性能抗冻混凝土的成本较高，增加了施工总成本；早强剂的使用会影响桩基的耐久性，同时，由于热棒的启动温差过大，不能为桩基养护提供持续准确的控温温度且成本极高，所以，导致现有冻土回冻方案与确保桩基强度的措施相独立，未能考虑桩基与冻土的耦合作用，导致多年冻土区混凝土灌注桩强度形成困难、桩周冻土回冻困难。

因此，目前亟需要一种技术方案，也解决现有寒区灌注桩桩基养护阶段的正温环境需求与桩周冻土负温环境之间的矛盾，导致桩基强度形成困难、桩周冻土回冻困难的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有寒区灌注桩桩基养护阶段的正温环境需求与桩周冻土负温环境之间的矛盾，导致桩基强度形成困难、桩周冻土回冻困难的技术问题，提供了冻土区域分区控温桩基、群桩系统及设计方法、施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

冻土区域分区控温桩基，包括第一控温体：沿桩基中心线设置，并至少从桩基顶面延伸至桩基底面；第二控温体：沿桩基外壁环绕设置，并至少从桩基的地面分界面延伸至桩基底面；控温系统：用于调整所述第一控温体和所述第二控温体温度，所述第一控温体至少具有升温功能，所述第二控温体具有升温和降温功能，形成分区控温结构；温度监测系统：包括若干成列埋设的测温传感器，所述温度监测系统与所述控温系统联动控制。