混凝土水化热对多年冻土地温的影响研究

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发布时间：2021-09-22

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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165399； 2．黑龙江省寒地建筑科学研究院．哈尔滨150080)
【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】TU475．2 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2013)07—0l14—03
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(Q4pd)、坡积层(Q4d1)、残积层(Q4e1)，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11．5m，露出地面高度
500ram。桩身直径1000mm。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MF51—3000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
FLUKE289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
10m，测温管选取qb50无缝钢管，管节之间和管底密封
不透水，关口高出地面一定距离，管VI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500、800、1000、1200mm，按照从里到外
编号为①号测温孑L、② 号测温孔、③号测温孔、④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10m 以上间隔
500mm，lOm以下间隔1000mm布置，共计21个测温
点。距离试验桩20m处埋设一根测温管，管长20m，
测温线放置于测温管中，测温线上的测温点按照10m
以上间隔500mm，10m以下间隔1000mm布置，共计31
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2010年4月中旬
开始到2011年2月末试验结束，共监测320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10m后，地温趋于稳定，维持在一1．8cc左