静钻根植能源桩技术及其应用

能源桩作为一种浅层地温能利用的建筑节能技术,是建筑运行阶段减少碳排放的主要途径之一.结合静钻根植桩的特点,提出静钻根植能源桩技术及施工工艺.结合实际工程,开展静钻根植能源桩的短期工况和长期工况热力试验,分析桩身温度变化、性能系数、桩身轴向附加应力和桩侧附加摩阻力等变化规律.试验结果表明,桩身温度随时间逐渐升高,而性能系数随时间的推移逐渐降低,并最终稳定于一恒值.桩身轴向附加应力和桩侧附加摩阻力的发挥性状受桩顶、桩端约束条件的制约.短期工况试验中,桩身轴向附加应力呈中间大两头小的分布形式,桩侧附加摩阻力分布存在一个零点;长期工况下,桩身轴向附加应力呈现两端大中间小的分布形式,桩侧附加摩阻力分布规律与时间、温度和约束条件等因素有关,桩身从一个零点逐渐演变为3个.研究结果可为能源桩技术的进一步推广应用提供理论参考.

静钻根植能源桩承载特性模型试验研究

为了研究静钻根植能源桩在热-力耦合作用下的承载特性,采用自行设计模型试验系统,测试模型桩在黏-砂双层地基中的热力响应。试验结果表明:桩体温度沿深度变化并不均匀,对桩周土的温度影响半径为3倍桩径;3次冷热循环后桩顶和桩周土表面均产生累积沉降,在桩顶荷载达到单桩极限承载力的25%时,桩顶累积沉降达到桩径的3.12‰,是桩顶无荷载情况下的1.77倍;模型桩附加温度应力沿深度分布均表现为中间大两端小,位移变化零点(附加温度应力最大处)随着桩顶荷载增大(约束增强)而上移,桩顶荷载较小时降温引起桩身局部产生拉应力。因此,静钻根植能源桩的承载特性与温度变化条件、桩顶荷载大小和桩端约束条件密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性。

考虑软土超固结的静钻根植能源桩模型试验

为研究静钻根植能源桩在不同固结状态软土中的承载特性,基于能源桩模型试验系统,对比测试了模型桩在正常固结土和超固结土地基中的热力响应.结果表明,热量在桩周土层中的扩散程度随着与热交换管(热源)距离的增大而减小;土层的超固结状态影响土层中孔隙水压力的产生与消散,相比于正常固结土,超固结土层中孔压消散速率更慢;桩周软土在升温后的竖向变形首先表现为回弹,随后变成沉降,超固结土回弹明显,且随后的沉降量更小;桩身附加温度应力呈先增大后减小的趋势,超固结土下的桩身最大附加温度应力位置高于正常固结土,且升温产生的负摩阻力较小.静钻根植能源桩的承载特性与软土超固结状态密切相关,在工程设计中需要综合考虑以确保运行安全性.

饱和黏土中能源群桩热力特性模型试验研究

为研究饱和黏土地基中静钻根植能源群桩不同运行方式的热力特性,采用自行设计的模型试验系统,测试温度条件下模型单桩和群桩的热力响应。通过埋置传感测试元件,得到桩顶位移、桩身应力、桩和桩周土温度、桩周水平土压力及孔隙水压力。结果表明:由于桩间热扩散,加热桩会对周围非加热桩造成影响,导致非加热桩桩身温度增加、桩顶位移上升,能源群桩的平均换热性能较单桩低;制冷工况下群桩的桩顶位移变化绝对值大于加热工况,需要考虑以确保安全性;由于群桩效应,与单桩相比,能源群桩桩顶位移变化更大,桩身附加温度应力更小;能源群桩的热力特性受运行能源桩数量影响,运行数量越多,温度对能源群桩的热力特性影响越显著,桩周土压力、孔隙水压力变化值越大。