CN111910621A - 一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构 - Google Patents

一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构 Download PDF

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芮鹏飞
王英梅
侯鑫
武贵龙
刘国军
陈继
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Lanzhou University of Technology
Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
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Lanzhou University of Technology
Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/11—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil by thermal, electrical or electro-chemical means
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Abstract

本发明涉及一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构，该结构包括置于多年冻土层内的现浇灌注桩和内设工质的热管。所述热管的下部蒸发段埋在所述现浇灌注桩中，上部冷凝段设在地表和建筑物之间；所述热管的上部设有散热器。本发明结构简单，易于实施，借助热管的工作特性可以显著降低桩基和桩基所处的多年冻土层的温度，从而防止桩基沉降。

Description

一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构
技术领域
本发明涉及多年冻土区工程领域，尤其涉及一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构。
背景技术
在多年冻土区，现浇灌注桩是多年冻土区最常见的一种建筑基础方案，但是由于冻土升温或融化造成桩基沉降现象时常发生，冻土中的冰融化后体积变小，本身下沉，再者冻土融化后失去了原有的承载能力，导致桩基发生沉降，最终形成建筑物基础或其他工程基础产生不均匀变形，进而对建筑物等造成危害而无法使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种解决在多年冻土区时常发生的因冻土融化而产生桩基沉降问题的多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构。
为解决上述问题，本发明所述的一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构，其特征在于：该结构包括置于多年冻土层内的现浇灌注桩和内设工质的热管；所述热管的下部蒸发段埋在所述现浇灌注桩中，上部冷凝段设在地表和建筑物之间；所述热管的上部设有散热器。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明热管的下部蒸发段埋在现浇灌注桩中，上部冷凝段设在地表和建筑物之间，热管的上部设有散热器，当热管工作时，工质在冷凝段向外界冷空气释放热量后降温液化，液化后的低温工质向下流动到蒸发段吸收桩基及其周边冻土层的热量，然后升温气化蒸发到热管冷凝段。这一过程在热管内周而复始的发生，直至蒸发段温度接近或高于冷凝段温度才终止。借助热管的工作特性可以显著降低桩基和桩基所处的多年冻土层的温度，从而防止桩基沉降。
2、本发明结构简单，易于实施。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中热管工作原理图。
图中：1—多年冻土层；2—现浇灌注桩；3—地表；4—建筑物；5—热管；6—散热器；7—工质。
具体实施方式
如图1~2所示，一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构，该结构包括置于多年冻土层1内的现浇灌注桩2和内设工质7的热管5。热管5的下部蒸发段埋在现浇灌注桩2中，上部冷凝段设在地表3和建筑物4之间；热管5的上部设有散热器6。
热管是一种利用工质蒸发吸热，液化放热的原理，实现单向导热的装置，在多年冻土区路基中广泛应用。在桩基施工阶段，待钻孔完成后，将一个或几个热管5绑在钢筋笼上置入钻孔中进行混凝土浇筑完成现浇灌注桩2的施工，热管5的下部蒸发段埋在现浇灌注桩2中，热管5上部冷凝段在地表3和建筑物4之间，热管5的上部装有散热器6，热管5内灌有工质7。上部冷凝段裸露在空气中，裸露在空气中的冷凝段增加了散热器6提高散热效率，热管5的数量和长度根据计算确定。
热管5工作时，热管5中的工质7在热管5蒸发段吸收热量蒸发成气态至热管5冷凝段，在热管5上部通过散热器6散发热量恢复成液体状态通过热管5内壁流至蒸发段。经过这样的循环过程，源源不断地向上输送热量，形成由下到上的单向导热，把现浇灌注桩2及其周边的多年冻土层1中的部分热量带至地表3以上的空气中，让多年冻土层1达到降温效果。多年冻土层1保持在低温状态就不会融化，从而保证了建筑物4基础或其他工程基础不会产生不均匀变形而对建筑物4等造成危害。
实施例 中国科学院青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站（位于青藏高原腹地，北纬34°51.2'，东经92°56.4'，海拔4628米）地处多年冻土区，2017年房屋修建过程中部分桩基采用本发明：桩基桩径0.8m，桩长10m，热管蒸发段长8m，冷凝段长2.2m，有翅片部分长度1.4m，翅片宽度19mm，翅片间距10mm。房屋修建完成后的第一个冷季4m深度处含热管桩侧温度与天然场地温度相比最大温差可达2.61℃，即：4m深度处含热管桩侧温度比天然场地温度低2.61℃，可见含热管桩基有显著降温效果。

Claims (1)

1.一种多年冻土区现浇灌注桩结合热管给冻土降温的结构，其特征在于：该结构包括置于多年冻土层（1）内的现浇灌注桩（2）和内设工质（7）的热管（5）；所述热管（5）的下部蒸发段埋在所述现浇灌注桩（2）中，上部冷凝段设在地表（3）和建筑物（4）之间；所述热管（5）的上部设有散热器（6）。
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