[发明专利]双螺旋形大直径灌注桩混凝土冷却管

说明书

本发明提供了一种双螺旋形大直径灌注桩混凝土冷却管，目的在于有效对冬季施工的大直径灌注桩进行温度控制和养护，在避免灌注桩内部温度过高温差过大导致温度裂缝的同时防止灌注桩表层混凝土发生早期冻害。本发明由呈圆柱螺旋线形式的外部螺旋管和内部螺旋管以及呈等速螺旋线形式的底部连接管组成，根据降温和养护的目的以及灌注桩混凝土温度的变化，采取调整冷却水水温、改变注水方向等形式实现对大直径灌注桩混凝土的温度控制，有效解决了灌注桩冬季施工面临的防冻和抗裂等矛盾，是一种适用于大直径灌注桩冬季施工的温控设施。

技术领域

本发明涉及一种适用于大直径灌注桩冬季施工的温控装置，具体地指双螺旋形大直径灌注桩混凝土冷却管。

背景技术

混凝土是脆性材料，其抗拉强度只有抗压强度的十分之一左右，且拉伸变形能力也很小。此外，大体积混凝土的断面尺寸较大，混凝土浇筑后，由于水泥的水化热其内部温度急剧上升，在浇筑初期由于混凝土的弹性模量很小，徐变较大，升温引起的压应力并不大，但在日后温度降低时，其弹性模量会变的比较大，徐变很小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。因此，为控制混凝土裂缝，在大体积混凝土施工与运行期间，必须控制其温度应力范围。

目前，随着施工技术的发展，大体积混凝土冬季施工和常年冻土环境下的混凝土结构施工案例越来越多，如目前正在施工的黑龙江大桥，即在外部平均气温低于-10℃，表面冻土层厚度最大达2.8m的情况下，进行了直径达2m的混凝土灌注桩施工。然而，目前关于大体积混凝土冬季施工温度控制与养护的研究仍集中于混凝土坝和承台基础等方面，对于大直径桩基础的低温环境温度应力控制和养护技术研究仍较少。由于冻土和低温环境的影响，直径大于1.5m的桩基冬季施工面临着复杂的温度控制和后期养护问题。

首先，混凝土浇筑期的早期冻害影响巨大。按照混凝土遭受冻害的龄期阶段可将其分成早期冻害和后期冻害两大类型。混凝土的早期冻害指混凝土浇注完成后，在水化过程中受到持续的负温影响或在正负温交替的水化环境中受到冻融循环而引起砼内部孔结构破坏；后期冻害指砼水化基本完成后，由于受到外界环境温度在正负温间不断变化而发生的混凝土性能破坏。在这两类冻害中，由于混凝土在遭受早期冻害的情况下，混凝土在持续低温的水化环境中，水泥颗粒尚未水化充分，混凝土内部孔结构抗拉强度尚不足以抵抗由混凝土毛细孔水分结冰所产生的膨胀应力，持续的低温环境会对混凝土孔结构造成不可修复的破坏。特别是大直径灌注桩的浇筑体与表层冻土和温度极低的深层土体直接接触，故早期冻害对冬季施工的灌注桩混凝土性能造成的影响更为严重。

第二，缺乏适用于大直径灌注桩的混凝土养护装置和技术。目前，关于大体积混凝土温控技术研究主要集中在混凝土坝和现浇承台等结构上，仍未见有关大直径灌注桩的温控装置和养护技术的相关报道。而由于大直径桩基础所处封闭的土体环境和结构形式限制，目前广泛采用的梅花型加密冷却水管装置并不能用于灌注桩基础；泡沫塑料板等混凝土表面保温工艺也无法用于灌注桩基础；同时，受到低温环境的限制，预冷混凝土浇筑技术也不适用于冬季灌注桩体施工。

第三，大直径灌注桩所处封闭的导热性差土体环境，热量消散缓慢，且蓄热能法叠加混凝土水化热，导致混凝土浇注体内部温度极高，与外部低气温和直接接触桩体表面的冻土环境产生巨大的内外温差。为此，一方面，我们需要冷却桩体核心区域的高温，如黑龙江大桥的灌注桩基础所采用的蓄热能混凝土入模温度达到了15℃，在浇筑过程中，随着混凝土水化热的释放，核心区混凝土的温度仍会升高；另一方面，灌注桩的浇筑体表面在浇筑后瞬间与桩孔冻土环境发生“冷壁”接触，产生巨大的表面温差，造成混凝土浇筑体表面温度骤降，引起表面混凝土冻害；同时，浇筑体引起周围冻土迅速升温，造成大面积的土体热扰动。以上均可能造成的桩基础质量问题并影响基础承载能力。

第四，冬季大直径灌注桩基础施工，既需要浇筑过程冷却又需要后期养护保温。大直径灌注桩冬季施工，特别是采用蓄热能法浇筑的桩体，在浇筑初期面临着极高的核心混凝土温度处理，在后期养护过程又面临着浇筑体表面低温养护，目前仍无满足以上两个过程的养护装置和技术。