本技术介绍了一种适用于冻土地区桩基础工程的创新抗冻拔桩基础及其施工策略。该技术包括桩基本体、地热能转化系统和智能运行控制系统。桩基本体的设计使其能够沿其长度方向有效抵抗冻拔力,确保结构稳定。
背景技术
在交通、水利、输电、输油、输气管线等基础设施建设中,桩基础是桥梁、渡槽、架空管路、电塔、铁路电气化立柱等结构的常用基础类型。我国冻土面积占到陆域面积的70%以上,桩周地基浅表岩土体的季节性冻结和融化会引起桩体承载性能和自身稳定性的劣化。其中,冻拔是桩基的一类典型病害,实测记录表明深季节冻土区桩基每年的最大冻拔量可达10-20cm。桩基冬季冻拔后,春融期无法完全回落,由此逐年累积引起桩基拱起、倾斜,进而导致上部结构变形、断裂和坍塌。因此,抗冻拔设计是冻土区桩基工程的关键问题之一。
桩体冻拔是由切向冻胀力和抗拔承载力(上部荷载、桩自身与桩侧摩阻力之和)及冻结力相对关系改变引起的。切向冻胀力时深季节冻区桩基础抗冻拔稳定的控制条件,桩基抗冻拔设计主要包括削弱冻土层冻胀力和增加下部非冻土层锚固力两大类途径。其中,削弱冻土层冻胀力的方法有冻土层换填法、防水和排水法、保温法、桩基与地基隔离法、锥形斜面基础法。增加下部非冻土层锚固力的方法有增大直桩长度法、扩底桩法、变径桩法、阶式基础法、螺旋桩法。
现有技术中,虽然采取了上述的桩基础抗冻拔设计方法,但是无法实现对地基冻胀这一关键病害背景的人为控制,抗冻拔效果不理想,在地下水平浅、冻结深度大、大气温度低等严寒富水地区,既有措施的设计难度大,仍然存在桩基础冻胀引起的冻拔病害。
实现思路