【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及寒區樁基建設工程，特別是涉及一種削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構與施工方法。
技術介紹
1、在寒冷地區，冬季凍結、夏季完全融化的地表巖土被稱為季節凍土。我國季節凍土的面積約為513.7萬平方千米，占國土面積的53.5％。隨著經濟的發展和國家能源配置的需求，季節凍土區的交通、電力、房屋等建設活動日益頻繁。樁基因其高承載力、抗震性能優異、適應性強等優點，在我國季節凍土區的工程建設中得到廣泛應用。然而，季節凍土區樁基的安全運行面臨巨大挑戰，尤其是凍拔現象，嚴重影響樁基的穩定性，且這一問題尚未得到有效解決。
2、在季凍層反復凍融的作用下，輕型或淺型樁基以及其上部結構的長期運行安全面臨嚴重威脅。土體凍結時，體積膨脹會對樁基產生凍脹力，凍脹力主要分為水平凍脹力、法向凍脹力和切向凍脹力。其中，切向凍脹力是誘發樁基凍拔的主要因素。在冬季凍結初期，樁基與周圍淺層土體凍結在一起，受切向凍脹力的作用，樁基被拔升；而在春季融化時，淺層土體回落，但由于深層土的摩阻力作用，樁基未能完全回落，導致殘留一定的豎向位移。隨著季凍層凍融循環的不斷進行，樁基凍拔量逐年積累，最終導致樁基失穩。
3、在強凍脹的季節凍土區，地表水和地下水通常較為豐富。傳統的防排水、地基土改良、樁側涂抹隔離劑以及改變深部基礎截面的措施，因受到耐久性、水文環境、地質條件和施工條件等多方面限制，難以有效防控該地區的凍脹和樁基凍拔現象。
4、雖然在多年凍土區，已經有應用于樁基(如鋼樁和鉆孔灌注樁)的熱棒結構形式的報道。這種方法通過將熱棒安裝在樁
5、鑒于強凍脹季節凍土區對樁基凍拔病害防控設計的迫切需求，提出一種結構簡單、施工方便且易于推廣的樁基凍拔病害防控措施是十分必要的。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是針對現有技術中存在的強凍脹季節凍土區樁基凍拔無法得到有效防控的問題，而提供一種削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構。
2、本專利技術的另一個目的是提供所述削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構的工作方法。
3、本專利技術的另一個目的是提供所述削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構的施工方法。
4、為實現本專利技術的目的所采用的技術方案是：
5、一種削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，包括保溫隔熱層、熱棒以及樁土隔離套筒，其中：
6、所述保溫隔熱層布置于樁基周圍，鋪設于天然地表上；
7、所述樁土隔離套筒同軸包覆于樁基的表面，所述樁土隔離套筒的頂部與地表齊平，底部位于最大凍深處；
8、所述熱棒沿軸向設置并呈環狀均布固定于樁基的鋼筋籠內側，每一個熱棒均為一個有工質填充的密閉的金屬管，每一個熱棒包括蒸發段、絕熱段以及冷凝段，所述蒸發段位于深層非凍區，所述冷凝段位于季節凍土層內，所述絕熱段位于蒸發段和冷凝段之間，位于最大凍深以下，所述蒸發段內填充工質液體，在冬季工質液體受上下溫差的作用蒸發轉變成工質蒸氣穿過絕熱段進入冷凝段內，在冷凝段中，工質蒸氣冷凝成液相穿過絕熱段回落至蒸發段內。
9、在上述技術方案中，所述保溫隔熱層呈環形布置于樁基周圍，所述保溫隔熱層的上表面與天然地表持平，下表面嵌入地層，所述保溫隔熱層的厚度為20-30cm。
10、在上述技術方案中，所述鋼筋籠為圓柱桶狀。
11、在上述技術方案中，所述熱棒為兩個，熱棒的直徑為45～65mm，熱棒的頂部與地表齊平。
12、在上述技術方案中，所述金屬管的管壁材質為鋁、銅或不銹鋼。
13、在上述技術方案中，所述工質液體的填充率為20～30％。
14、在上述技術方案中，所述工質液體為液態氨。
15、在上述技術方案中，所述蒸發段的外壁固定有蒸發段翅片，所述絕熱段的外壁涂抹隔熱層，所述冷凝段的外壁固定有冷凝段翅片，所述蒸發段翅片和冷凝段翅片的材質為鋁或銅，蒸發段翅片和冷凝段翅片中的翅片間距為2-10mm，翅片厚度為0.2-1mm，翅片高度為5-30mm。
16、本專利技術的另一方面，還包括所述削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構的工作方法，包括以下步驟：蒸發段位于熱棒的下端，埋入深層樁基內，在冬季，季節凍土低溫作用促使熱棒上部工質蒸氣凝結在冷凝段內壁上成液體，減小了熱棒內部壓力，使得下部蒸發段內液態工質沸騰蒸發，在液態工質沸騰蒸發過程中蒸發段不斷吸收深層熱量，在工質蒸氣凝結過程中冷凝段向季節凍土層放出熱量，凝結在冷凝段的液態工質在重力作用下回流到蒸發段，通過這一持續的對流過程，可以利用深層融土熱量溫暖季節凍土層，進而減小最大凍深。
17、本專利技術的另一方面，還包括削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構的施工方法，包括以下步驟：
18、步驟1，確定樁基的結構參數；
19、步驟2，確定熱棒的結構參數；
20、步驟3，進行樁基鉆孔；
21、步驟4，制作鋼筋籠，將熱棒沿軸向設置并環狀均布固定于鋼筋籠內側，冷凝段位于季節凍土層內，季節凍土層范圍內的鋼筋籠外側包覆樁土隔離套筒；
22、步驟5，將鋼筋籠放置于鉆孔內，鋼筋籠的底部與鉆孔底部留出混凝土保護層，鋼筋籠的頂部主筋露頭樁頂，樁土隔離套筒的頂部與地表平齊，底部位于最大凍深處；
23、步驟6，將混凝土注入鉆孔內；
24、步驟7，樁基結構施工完成后，在樁基周圍水平鋪設保溫隔熱層，保溫隔熱層下部嵌入地層，上表面與天然地表持平。
25、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
26、1.本專利技術中首次引入熱棒用于強凍脹季節凍土區樁基凍拔防控，并結合保溫隔熱層與樁土隔離套筒兩種傳統措施，形成復合型的樁基凍拔防控結構，暖化季節凍土層，削弱切向凍脹力，抑制樁周凍深及樁基凍拔發育。
27、2.本專利技術一方面通過在樁基內布設熱棒，熱棒蒸發段位于深層非凍區，冷凝段位于季節凍深內，可實現無源啟動。冬季熱棒冷凝段周圍溫度低于蒸發段處溫度時，由于壓力差的作用，工質液體開始蒸發，形成工質蒸氣，工質蒸氣上升至冷凝段，與管壁接觸冷凝放出相變潛熱。同時工質蒸氣液化，在自身重力的作用下，沿管壁回流至蒸發段。重復循環此過程，將深層樁基周圍的熱量在冷季導送到季節凍土層。利用深層地熱以及地下水相變潛熱，暖化季節凍土層，抑制樁周凍深發育。加之，保溫隔熱層的保溫作用，有效阻止冬季樁周淺層土熱量流失，綜合作用減小樁周最大凍深、改善樁周季凍層凍脹性。另一方面，在季凍層內樁基表面包裹玻璃鋼板，形成樁土隔離套筒，保證樁基表面平整的同時，隔離樁土接觸，有效削弱土體凍脹對樁產生的切向凍脹力。
28、本專利技術從以上兩個方面，可起到隔熱、減小凍深、削弱凍拔力的作用，有效控制強凍脹季節凍土區樁基累計凍拔量的發展，徹底解決樁基被拔失穩的問題。
29、3.本專利技術中，引入熱棒并結合傳統隔熱本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，包括保溫隔熱層、熱棒以及樁土隔離套筒，其中：
2.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述保溫隔熱層呈環形布置于樁基周圍，所述保溫隔熱層的上表面與天然地表持平，下表面嵌入地層，所述保溫隔熱層的厚度為20-30cm。
3.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述鋼筋籠為圓柱桶狀。
4.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述熱棒為兩個，熱棒的直徑為45～65mm，熱棒的頂部與地表齊平。
5.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述金屬管的管壁材質為鋁、銅或不銹鋼。
6.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述工質液體的填充率為20～30％。
7.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述工質液體為液態氨。
8.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征
9.如權利要求1-8中任一項所述削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構的工作方法，其特征在于，包括以下步驟：蒸發段位于熱棒的下端，埋入深層樁基內，在冬季，季節凍土低溫作用促使熱棒上部工質蒸氣凝結在冷凝段內壁上成液體，減小了熱棒內部壓力，使得下部蒸發段內液態工質沸騰蒸發，在液態工質沸騰蒸發過程中蒸發段不斷吸收深層熱量，在工質蒸氣凝結過程中冷凝段向季節凍土層放出熱量，凝結在冷凝段的液態工質在重力作用下回流到蒸發段，通過這一持續的對流過程，可以利用深層融土熱量溫暖季節凍土層，進而減小最大凍深。
10.如權利要求1-8中任一項所述削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構的施工方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，包括保溫隔熱層、熱棒以及樁土隔離套筒，其中：
2.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述保溫隔熱層呈環形布置于樁基周圍，所述保溫隔熱層的上表面與天然地表持平，下表面嵌入地層，所述保溫隔熱層的厚度為20-30cm。
3.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述鋼筋籠為圓柱桶狀。
4.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述熱棒為兩個，熱棒的直徑為45～65mm，熱棒的頂部與地表齊平。
5.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述金屬管的管壁材質為鋁、銅或不銹鋼。
6.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述工質液體的填充率為20～30％。
7.如權利要求1所述的削減季節凍土區樁基切向凍脹力的結構，其特征在于，所述工質液體為液態氨。
<...【專利技術屬性】
技術研發人員：趙雷，肖堯，商允虎，高澤永，張令權，趙巖，王瑩，吳旭陽，周志偉，趙可，羅佳鈺，孫東，
申請(專利權)人：國網黑龍江省電力有限公司經濟技術研究院，
類型：發明
國別省市：
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