CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土溫度場研究.pdf

1、我國是世界第三大凍土分布國，多年凍土面積約為2.15×106km2，即約22％的國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的地基破壞等諸多問題就顯得尤為重要，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)問題帶來了新的選擇

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的影響，而目前我國尚沒有較為系統(tǒng)的對CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土的溫度場分布等問題進(jìn)行定量的研究。
　　本文針對CFG復(fù)合地基與島狀多年凍土溫度場的研究現(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)合地基溫度試驗場，并對其進(jìn)行了長時間的溫度觀測。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;在觀測大氣溫度變化的同時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的變化情況;并以試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過有限元軟件ABAQUS分析了CFG復(fù)合地基對島狀多年凍土的熱擾動范圍，以及不同的路基高度對島狀多年凍土的溫度影響，以及不同的影響因素對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場，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，并對島狀多年凍

4、土進(jìn)行了長時間的溫度觀測。
　　(2)在CFG單樁試驗中，通過觀測澆筑后的CFG樁體溫度以及樁側(cè)凍土的溫度變化，發(fā)現(xiàn)CFG單樁對樁側(cè)凍土的溫度擾動很小，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)通過對CFG復(fù)合地基以及筏板的溫度觀測，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，使得樁體溫度沒有升溫過程，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以及澆筑后24小時為溫度降低拐點(diǎn)。
　　同時，通過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最大，中截面次之，下截面的溫度變化曲線較為平滑，沒有較大波動。
　　(4)通過對樁側(cè)的島狀多年凍土的溫度場進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)CFG復(fù)合地基對距樁側(cè)1.5倍距離的島狀多年凍土溫度影響很小;同時，路基高度對島狀多

6、年凍土的溫度擾動卻很大，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，而由于涵洞試驗區(qū)并末修筑路基，所以涵洞試驗區(qū)的凍土溫度幾乎沒有變化。
　　(5)利用ABAQUS有限元軟件對現(xiàn)場試驗進(jìn)行了模擬分析，通過與實測數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)利用此方法建立的模型用來分析島狀多年凍土溫度場是正確的。通過模擬分析發(fā)現(xiàn)，在不同的樁徑下CFG復(fù)合地基對島狀多年凍土的溫度擾動范圍均為1～1.5倍樁徑距離，而樁長對樁側(cè)凍土溫

7、度幾乎沒有影響。
　　(6)通過對不同樁徑以及樁間距下的樁側(cè)凍土進(jìn)行模擬計算發(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，無論樁徑如何變化，當(dāng)樁間距的大小是樁徑的相同倍數(shù)時，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。并模擬計算了筏板在澆筑后28天齡期內(nèi)的溫度變化形式。
　　(7)通過對路基填土與島狀多年凍土溫度場的數(shù)值模擬，分析了在修筑不同高度的路基填上時對凍土的溫度影響;得出，在修筑路基時路基

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，同時經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)修筑路基對地表下6m處的凍土溫度擾動較小，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