夏季工况下扩底能量桩单桩热力学响应分析

能量桩是一种兼具承载性能和换热载体双重功能的建筑节能新技术。将大直径扩底灌注桩内部的声测管底部连通形成环路,在桩基完整性检测完成后作为浅层地温能换热管道,即可形成大直径扩底能量桩。依托南京市某扩底桩基础工程项目,开展建筑荷载与温度联合作用下大直径扩底能量桩的热力响应特性现场试验;实测夏季工况下桩身温度与应变的发展规律,初步探讨热致应力变化规律。基于荷载传递法,考虑桩体温度不均匀分布及扩大头的作用,建立热力耦合作用下扩底能量桩工作特性的简化分析方法,分段求解得到任意温度-荷载组合作用下的桩体变形和桩身应力;通过与现场试验数据进行对比,验证了理论方法的可靠性。研究结果表明:桩顶建筑荷载会使桩顶的约束增大1~1.25倍;相较于等直径桩,扩底桩能够减少约26%的桩端应力,扩大头可有效提高能量桩在温度-荷载联合作用下的承载潜能。