CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土溫度場(chǎng)研究.pdf

1、我國(guó)是世界第三大凍土分布國(guó)，多年凍土面積約為2.15×106km2，即約22％的國(guó)土面積被多年凍土所占據(jù)。在凍土區(qū)域上修筑建筑物并解決由凍土所帶來(lái)的地基破壞等諸多問(wèn)題就顯得尤為重要，CFG復(fù)合地基技術(shù)是目前被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜土層中的地基處理技術(shù)。其主要特點(diǎn)是適應(yīng)范圍廣、剛性樁的性狀明顯、樁體具有一定的排水作用、顯著的時(shí)間效應(yīng)、復(fù)合地基變形小。CFG復(fù)合地基的諸多特點(diǎn)充分地彌補(bǔ)了凍土的缺點(diǎn)，這給如何處理凍上區(qū)域中的建筑基礎(chǔ)問(wèn)題帶來(lái)了新的選擇

2、。與青藏地區(qū)的多年凍土相比，島狀多年凍土更易受到熱擾動(dòng)的影響，而目前我國(guó)尚沒(méi)有較為系統(tǒng)的對(duì)CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土的溫度場(chǎng)分布等問(wèn)題進(jìn)行定量的研究。
　　本文針對(duì)CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土溫度場(chǎng)的研究現(xiàn)狀，依托伊綏高速公路島狀多年凍土施工段，建立了島狀多年凍土與CFG復(fù)合地基溫度試驗(yàn)場(chǎng)，并對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的溫度觀測(cè)。分析了在澆筑CFG復(fù)合地基后樁體以及樁側(cè)凍土的溫度變化規(guī)律;在觀測(cè)大氣溫度變化的同時(shí)分析了筏板溫度的變化情況，

3、分析了修筑路基后島狀多年凍土溫度場(chǎng)的變化情況;并以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)有限元軟件ABAQUS分析了CFG復(fù)合地基對(duì)島狀多年凍土的熱擾動(dòng)范圍，以及不同的路基高度對(duì)島狀多年凍土的溫度影響，以及不同的影響因素對(duì)凍土溫度的影響程度，其主要的研究和研究成果如下:
　　(1)依托伊綏高速公路島狀多年凍土路段，建立了CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土溫度試驗(yàn)場(chǎng)，分別進(jìn)行了CFG單樁、CFG復(fù)合地基路基區(qū)以及CFG復(fù)合地基涵洞區(qū)溫度試驗(yàn)，并對(duì)島狀多年凍

4、土進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的溫度觀測(cè)。
　　(2)在CFG單樁試驗(yàn)中，通過(guò)觀測(cè)澆筑后的CFG樁體溫度以及樁側(cè)凍土的溫度變化，發(fā)現(xiàn)CFG單樁對(duì)樁側(cè)凍土的溫度擾動(dòng)很小，并且由于表層土體被換填成砂礫的原因使得土體內(nèi)部形成了厚度約為0.8m的保溫層，土層溫度以保溫層為分界點(diǎn)呈現(xiàn)出不同的溫度分布情況。
　　(3)通過(guò)對(duì)CFG復(fù)合地基以及筏板的溫度觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)在澆筑CFG復(fù)合地基后，由于粉煤灰混凝土水化熱較小，使得樁體溫度沒(méi)有升溫過(guò)程，在澆筑后一直處

5、于降溫的狀態(tài)，并且在降溫中分別以澆筑后半小時(shí)以及澆筑后24小時(shí)為溫度降低拐點(diǎn)。
　　同時(shí)，通過(guò)分析筏板的溫度以及大氣溫度的變化形式可以得出，大氣溫度是影響筏板溫度的主要因素，而筏板上截面因與大氣直接接觸，進(jìn)而上界面的溫度波動(dòng)最大，中截面次之，下截面的溫度變化曲線(xiàn)較為平滑，沒(méi)有較大波動(dòng)。
　　(4)通過(guò)對(duì)樁側(cè)的島狀多年凍土的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CFG復(fù)合地基對(duì)距樁側(cè)1.5倍距離的島狀多年凍土溫度影響很小;同時(shí)，路基高度對(duì)島狀多

6、年凍土的溫度擾動(dòng)卻很大，在修筑路基后島狀多年凍土的溫度明顯升高，隨著土層深度的加深，土體的升溫幅度減小，而由于涵洞試驗(yàn)區(qū)并末修筑路基，所以涵洞試驗(yàn)區(qū)的凍土溫度幾乎沒(méi)有變化。
　　(5)利用ABAQUS有限元軟件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了模擬分析，通過(guò)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)利用此方法建立的模型用來(lái)分析島狀多年凍土溫度場(chǎng)是正確的。通過(guò)模擬分析發(fā)現(xiàn)，在不同的樁徑下CFG復(fù)合地基對(duì)島狀多年凍土的溫度擾動(dòng)范圍均為1～1.5倍樁徑距離，而樁長(zhǎng)對(duì)樁側(cè)凍土溫

7、度幾乎沒(méi)有影響。
　　(6)通過(guò)對(duì)不同樁徑以及樁間距下的樁側(cè)凍土進(jìn)行模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樁間距以及選取的土體溫度點(diǎn)距樁側(cè)距離均是以樁徑的倍數(shù)為基準(zhǔn)時(shí)，無(wú)論樁徑如何變化，當(dāng)樁間距的大小是樁徑的相同倍數(shù)時(shí)，那么距樁側(cè)相同樁徑倍數(shù)距離的土體溫度也基本相同。并模擬計(jì)算了筏板在澆筑后28天齡期內(nèi)的溫度變化形式。
　　(7)通過(guò)對(duì)路基填土與島狀多年凍土溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬，分析了在修筑不同高度的路基填上時(shí)對(duì)凍土的溫度影響;得出，在修筑路基時(shí)路基

8、高度與凍土升溫成正比，路基高度越高凍土升溫幅度越大，同時(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)修筑路基對(duì)地表下6m處的凍土溫度擾動(dòng)較小，隨著路基高度的變化，地表下6m處的凍土溫度變化幅度在0.4℃-1.2℃之間。
　　(8)在不同的路基高度下，模擬計(jì)算了在大氣熱循環(huán)的作用下島狀多年凍土溫度的全年變化情況，得出路基高度與凍溫度的變化幅度成反比，路基高度越高凍土溫度的變化幅度越小，融化期越短，并且以路基高度5m為分界點(diǎn)，當(dāng)路基高度大于5m后，地表下6m處的凍小