桥面融雪除冰能量桩热泵系统换热效率现场试验

摘要

基于能量桩的桥面工程主动式融雪除冰技术作为一种新型桥面融雪除冰技术，具有环保、节能等技术优势。依托江阴市征存路观风桥市政桥梁工程，开展能量桩供热桥面板的换热效率与热-力响应特性现场试验。在桩基础和桥面板中分别预埋聚乙烯管作为换热管，通过水泵驱动换热管中的流体循环，提取浅层地温能供热桥面板；沿桩身深度方向和在桥面板中布设了温度-应变传感器，用于监测试验过程中相应位置的温度和应变。试验分析冬季工况下，一根20 m的能量桩供热20 m~2的桥面板时，流体、桥面板、桩的温度变化以及桥面板和能量桩的热致应力分布。研究结果表明：根据现场试验条件，环境温度为-4℃时，20 m能量桩供热20 m~2桥面板可保证桥面板表面温度始终高于0℃,即平均每延米能量桩热泵系统可保障1 m~2桥面板不冻结；温度的改变使得能量桩和桥面板中产生热致应力，桩身最大轴向热致应力出现在桩深10 m（50%桩长）处，约为-1.05 MPa,为混凝土抗拉强度（2.0 MPa）的52.2%,桩身最大轴向热致应力的温度响应约为0.205 MPa·℃-1;桥面板中最大热致应力为0.77 MPa,为混凝土抗压强度（26.8 MPa）的2.9%,热致应力的温度响应为0.086 MPa·℃-1;能量桩上部受到最大正摩阻力为21.1 kPa,下部受到最大负摩阻力为13.3 kPa;试验结束时桩顶热致位移为-0.239 mm,约0.03%桩径。