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鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析及后壓漿應(yīng)用探討論文
摘 要：鉆孔灌注樁施工技術(shù)中，孔壁穩(wěn)定性是決定灌注樁承載能力的重要因素，后壓漿技術(shù)可以有效改善和根除成孔過程中造成的問題。文章對(duì)鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性和后壓漿技術(shù)應(yīng)用做一個(gè)簡單探討。
關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁；孔壁穩(wěn)定性；后壓漿技術(shù)；應(yīng)用
鉆孔灌注樁適用于多種復(fù)雜地層，同時(shí)具備良好的單樁承載能力，成本較低，而且可以應(yīng)用于各類規(guī)模的工程建筑，是現(xiàn)代工程技術(shù)中十分重要的樁型。在某些特定的地質(zhì)條件下，進(jìn)行大型工程施工，難度很大，通常需要選擇孔深和孔徑都十分巨大鉆孔灌注樁，才能將上部工程的巨大荷載傳遞到地基巖土結(jié)構(gòu)，這類工程對(duì)灌注樁的單樁承載力和樁基持力面的抗壓能力都有很高的要求，而成孔后的孔壁穩(wěn)定性及后續(xù)施工工藝將是保證工程施工質(zhì)量的關(guān)鍵。
1 鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析
進(jìn)行鉆孔灌注樁鉆孔施工過程中，破壞了原有的土體的平衡狀態(tài)，引發(fā)了土體中的應(yīng)力變化和物理狀態(tài)變化。鉆孔灌注樁孔壁土體應(yīng)力平衡狀態(tài)遭到破壞后，所成孔周邊土體的水平方向應(yīng)力卸荷，而垂直方向上的應(yīng)力和外圍土體的側(cè)向壓力互相作用，使得孔周土體出現(xiàn)塑形區(qū)，塑形區(qū)過大或是不能維持穩(wěn)定狀態(tài)，就會(huì)形成縮頸，嚴(yán)重者甚至?xí)纬伤住?/p>
1.1 鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析模型和計(jì)算參數(shù)。通常采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行孔壁穩(wěn)定性分析。對(duì)土體本構(gòu)模型選用莫爾-庫侖理想彈塑性模型，采用巖土工程數(shù)值分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)反分析得到穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs。將孔壁土體塑性區(qū)半徑比Cs和穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs來作為孔壁穩(wěn)定性判別依據(jù)。
1.2 鉆孔地域土體性質(zhì)對(duì)穩(wěn)定性的影響。黏性土體成孔后穩(wěn)定系數(shù)Fs較大，但是穩(wěn)定性隨著時(shí)間增加而逐漸下降，容易發(fā)生縮徑；砂性土體成孔后穩(wěn)定系數(shù)Fs較小，成孔后一塌孔，一般都需要采取措施維持孔壁穩(wěn)定性。
（1）黏性土體中，土體內(nèi)摩擦角φ小，土體抗剪強(qiáng)度隨著孔的深度越來越大而越來越弱，孔深增加后側(cè)壓力系數(shù)增大，孔周土體側(cè)向卸荷量也增加，同時(shí)導(dǎo)致孔周土體的垂直向應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力差值增大，所以黏性土體中通常會(huì)產(chǎn)生較大的塑性區(qū)和較大的變形量，但是由于黏性土體的土體黏聚力c很大，雖然孔周土體發(fā)生了較大變形和形成了較大的塑性區(qū)，但是在土體黏聚力c的作用下，應(yīng)力重新分布之后，會(huì)更容易達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，因此，孔壁穩(wěn)定性較好，但是一發(fā)生縮頸。
�。�2）砂性土體中，土體內(nèi)摩擦角φ大，土體抗剪強(qiáng)度隨著深度變化增加的快，側(cè)向壓力系數(shù)較小，孔形成后，孔周土體則向卸荷量小，豎直方向上的應(yīng)力和側(cè)向應(yīng)力差量小，產(chǎn)生的土體塑性區(qū)和變形量都較小，但是由于沒有黏聚力，只要產(chǎn)生塑性區(qū)就會(huì)很不穩(wěn)定，形成塌孔，孔壁穩(wěn)定性很差，通常需要采取護(hù)壁方法維持孔壁穩(wěn)定性。
1.3 鉆孔深度對(duì)孔壁穩(wěn)定性的影響。鉆孔后的土體，一定條件下可以通過自身土體自立和圓拱效應(yīng)來保持自身的平衡，這是一個(gè)臨界鉆孔深度，依據(jù)土層物理力學(xué)性質(zhì)，研究干成孔條件下的孔壁穩(wěn)定性，得到孔壁自立穩(wěn)定臨界深度Hcr為
Hcr=
孔壁穩(wěn)定安全系數(shù)為
Fs=
由此可見孔壁穩(wěn)定性和鉆孔深度相關(guān)�？傮w來說，孔的深度越大，樁的長度越大，鉆孔后樁周土的側(cè)向卸荷量就會(huì)相應(yīng)增大，在垂直方向和水平方向上的應(yīng)力差值就會(huì)增大，土體內(nèi)部的剪應(yīng)力就會(huì)越大，孔壁穩(wěn)定性就越差。在砂性土體中，干成孔是不能成立的，這與砂土坡的穩(wěn)定性分析結(jié)論一致，孔壁穩(wěn)定性很差，極易發(fā)生坍孔；在黏性土體中，孔壁土體的不排水抗剪強(qiáng)度較好，孔壁穩(wěn)定性較好，隨著孔深增加，孔壁穩(wěn)定性降低。因此，為了保證孔壁的穩(wěn)定性，一般需要采取護(hù)壁措施。
1.4 泥漿相對(duì)密度對(duì)孔壁穩(wěn)定性的影響。鉆孔灌注樁在鉆孔過程中，為了保持孔壁的穩(wěn)定性，通常需要采取特制泥漿護(hù)壁手段。特制泥漿可以在兩個(gè)方面有效保持孔壁穩(wěn)定性，使孔壁不會(huì)發(fā)生塌孔和縮頸：
�。�1）泥漿在孔壁形成泥皮，泥皮自身強(qiáng)度可以加強(qiáng)孔壁穩(wěn)定性，同時(shí)可以封閉孔周土體，防止周圍土體中的自由水向孔內(nèi)侵入，沖刷孔壁，導(dǎo)致孔壁穩(wěn)定性下降的問題；
�。�2）泥漿增大對(duì)孔壁的側(cè)向壓力，從而減少孔周土體的側(cè)向卸荷量，提高孔壁的抗剪強(qiáng)度，保持孔壁穩(wěn)定性。總體而言，泥漿的相對(duì)密度越大，孔壁的穩(wěn)定性越高。具體在黏性土體中，泥漿相對(duì)密度對(duì)孔壁土體基本表現(xiàn)為線性函數(shù)關(guān)系，泥漿密度增加，孔壁土體變形量減少，孔壁縮徑量越小，孔壁穩(wěn)定性越高。
2 鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)應(yīng)用探討
2.1 鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)概述。為了改善鉆孔灌注樁成樁的條件，消除穩(wěn)定孔壁時(shí)泥皮等因素對(duì)混凝土灌樁產(chǎn)生的不利影響，同時(shí)提高單樁承載力，減小工程沉降量。在合適的土體條件下，可以通過預(yù)埋在樁端或者樁側(cè)的壓漿器向樁端或者樁側(cè)高壓注入特定配置的水泥漿液，這種技術(shù)稱之為后壓漿技術(shù)，依據(jù)壓漿部位的不同將其分為樁端后壓漿和樁側(cè)后壓漿。
2.2 后壓漿技術(shù)應(yīng)用。
�。�1）修補(bǔ)灌注樁缺陷部位，滿足灌注樁設(shè)計(jì)要求。普通鉆孔灌注樁澆筑過程中，由于維持孔壁穩(wěn)定過程中的泥皮和孔洞沉渣等影響，會(huì)造成關(guān)注樁的質(zhì)量缺陷，達(dá)不到設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，后壓漿側(cè)樁注漿高壓注入的漿液除部分滲透進(jìn)入樁周土，剩余漿液將沿著灌注樁周圍上漲，對(duì)灌注樁灌注過程留下的缺陷進(jìn)行修補(bǔ)，有效保證了灌注樁的質(zhì)量，同時(shí)提升樁周土的側(cè)摩阻力，使灌注樁更為穩(wěn)固。
�。�2）固化沉渣和泥皮，穩(wěn)固樁基。成孔過程中，會(huì)形成孔底沉渣及保持孔壁穩(wěn)定性形成的泥皮，后壓漿液可以使之膠結(jié)，使樁周土體結(jié)構(gòu)更為緊密，樁基更為堅(jiān)固，有效改善和根除因?yàn)槟嗥ず涂椎壮猎鼛淼墓嘧冻料莺头�(wěn)定性不夠的問題。
�。�3）增強(qiáng)樁周土體穩(wěn)固程度，為灌注樁提供更好的工作環(huán)境。后壓漿液顆粒進(jìn)入樁周土體，填充土體空隙，提高樁周土體飽和度，改善孔隙度，并且可以提高樁周土體的膠結(jié)能力，加強(qiáng)樁周土體物理性能，使之具備更加堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)，改善灌注樁的工作狀態(tài)。
�。�4）穩(wěn)固樁端持力層，提升灌注樁承載力。樁端后壓漿可以擴(kuò)大樁端半徑，使灌注樁更為穩(wěn)固，同時(shí)穩(wěn)固樁基土體結(jié)構(gòu)，使持力層的結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固，進(jìn)而提升灌注樁的承載力，降低由于持力層的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定帶來的工程不均勻沉降。
3 結(jié)語
研究分析影響鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性的因素，采取有效的手段保持孔壁穩(wěn)定性，并且為后壓漿技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)造有利條件，提高鉆孔灌注樁的單樁承載力，降低工程沉降量，以充分發(fā)揮鉆孔灌注樁技術(shù)在現(xiàn)代工程建設(shè)中的作用。
參考文獻(xiàn)
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