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申请/专利权人：石家庄铁道大学

摘要：本发明提供了一种防冻拔桩系统及施工方法，包括变截面桩体、连接于变截面桩体下方的直桩体以及预埋于变截面桩体和直桩体内的地热管，变截面桩体在直桩体的上方设有至少一个，变截面桩体包括正锥部以及倒锥部，倒锥部连接于正锥部的下方，地热管与地源热泵机组相连。本发明提供的防冻拔桩，利用正锥部和倒锥部结合的方式形成变截面桩体，能够达到主动减弱冻拔力的效果，便于进行力的分解和转化，有效地减小了冻拔切应力对桩基的冻拔作用，提高了桩基的抗拔稳定性，地热管能够对变截面桩体和直桩体进行有效加热，提高桩身的防冻拔性能，上述防冻拔桩结构可有效提高冻区桩基的可靠性，便于降低桩基制作和施工的经济成本。

主权项：1.防冻拔桩系统，其特征在于，包括变截面桩体、连接于所述变截面桩体下方的直桩体以及预埋于所述变截面桩体和所述直桩体内的地热管，所述变截面桩体在所述直桩体的上方设有两个，所述变截面桩体包括正锥部以及倒锥部，所述倒锥部连接于所述正锥部的下方，所述地热管与地源热泵机组相连；所述倒锥部的锥角为α，0°≤α≤45°，所述正锥部的高度与所述倒锥部的高度比值2:1≤hi1：hi2≤3:1，其中，hi1为第i个变截面桩体的正锥部的高度，hi2为第i个变截面桩体的倒锥部的高度；所述直桩体的高度h3＞hi1+hi2，其中，h3为直桩体的高度；位于冻深线以上的正锥部用于对土体形成向外上方的反作用力以减弱土体的冻拔作用；位于冻深线以上的倒锥部用于对土体形成向外下方的反作用力，以使冻土进入塑性状态、并减弱冻拔作用；所述正锥部的最小直径和所述倒锥部的最小直径分别等于所述直桩体的直径；两个所述变截面桩体沿上下方向排布，位于下方的所述变截面桩体的下端与所述直桩体的上端相连；所述地热管的一端与地源热泵机组的出口端相连，所述地热管的另一端与地源热泵机组的进口端相连，所述地热管用于加热所述变截面桩体和所述直桩体；定义为冻土产生的竖向冻胀力；为冻土产生的水平冻胀力；为桩体产生的竖向抗力；为桩体产生的水平抗力；正锥部冻拔切应力：；（1-1）正锥部法向压应力：；（1-2）倒锥部冻拔切应力：；（1-3）倒锥部法向压应力：；（1-4）式中：为防冻拔桩的正锥部所受的冻拔切应力；为防冻拔桩的倒锥部所受的冻拔切应力；为防冻拔桩的正锥部所受的法向压应力；为防冻拔桩的倒锥部所受的法向压应力，上述参数均通过桩体产生的竖向抗力和水平抗力获得；在负温、上覆无荷载的条件下，桩体的竖直方向上力的平衡条件为： 2-1式中：P为冻拔合力；G为防冻拔桩的桩基重力；F为防冻拔桩的桩底反作用力；α为正锥部的锥角；β为正锥部与倒锥部之间的夹角，τk为直桩体桩-土界面上的剪切冻结应力；为防冻拔桩对应部位的冻拔切应力；为防冻拔桩对应部位的法向压应力，Li为正锥部的高度；冻深线上下两侧的法向压应力方向相同，冻深线上下两侧的冻拔切应力方向相反，桩身的抗冻拔作用主要体现在防冻拔桩位于冻深线以上的部位；所述防冻拔桩系统的施工方法包括以下步骤：S100：在防冻拔桩模板内放入地热管，连接所述地热管与地源热泵，浇筑混凝土至所述地热管与所述防冻拔桩模板之间，养护完成后，拆除模板以获得防冻拔桩；S200：涂抹沥青憎水物至所述防冻拔桩表面以形成涂覆层；S300：钻桩孔于地面上，放置防冻拔桩至所述桩孔内，校正所述防冻拔桩以使其轴线垂直于地面；S400：填筑天然土至所述防冻拔桩与所述桩孔的内壁之间，并振捣密实所述天然土。

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