基于三维数值模型的能量桩承载力特性研究*

常 虹，朱万里

（吉林建筑大学测绘与勘查工程学院，吉林 长春 130118）

0 引 言

随着时代的发展，人们逐渐重视清洁能源的利用.地源热泵是一种通过在地下埋设换热管的方式，利用浅层地热资源为建筑供热或制冷的环保型空调系统.能量桩是基于传统地源热泵技术引申出的新型建筑节能技术，既能承担上部建筑物荷载，又因其内置换热管兼具地源热泵换热器的作用.目前，大部分采用地源热泵的工程是建筑物外钻孔埋管技术，占用场地较大，成本较高［1］，而能量桩技术具有节约建筑用地、工期短、造价低及换热效率高等优点.1984年，能量桩技术在奥地利被首次提出，之后很快在德国、瑞士等西方国家推广，并在工程应用中取得众多成功案例［2-3］.近年来，能量桩技术也被应用在我国南京市朗诗国际街区和天津市梅江综合办公楼等众多工程项目中.

能量桩在运行过程中，桩-土之间的热交换不仅会引起桩体周围土体温度场的变化，还会导致桩身产生附加热应力和变形，从而影响桩基承载性能.针对这一问题，相关学者开展了系列研究：Knellwolf等［4］基于荷载传递法，提出一种土工数值分析方法，用以评估温度循环对能量桩的影响，但未考虑温度场对桩体周围土的影响；Yavari等［5］开展模型试验，对饱和黏土中能量桩在热-力耦合作用下的力学性能进行研究，表明温度循环后桩顶产生的不可逆沉降随工作载荷的增加而逐渐增大；桂树强和程晓辉［6］针对能量桩运行过程中的结构响应开展现场原位试验，得出对桩体施加温度荷载后，桩身产生的附加温度荷载大小受桩端约束的影响等结论；……