[发明专利]一种大孔径钻孔护壁加固泥浆临界比重的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及大型灌注桩钻孔塌孔和孔壁稳定性评价与防治领域，特别涉及一种大孔径钻孔护壁加固泥浆临界比重的测定方法。

背景技术

桩基础是增加地基整体稳定性及提高地基承载力主要基础加固工程之一。随着工业技术和工程建设的发展，桩基础的工艺、设计方法、承载力等方面均有迅速的发展，桩基础具有较大的承载力、稳定性和协调不均匀沉降的能力，对不同地质条件有较强的适应能力，是深基础工程中应用最多的一种基础形式，按照施工方法可以概括为挤土桩和钻孔灌注桩。其中，钻孔灌注桩以其承载力高、无挤土、施工时无振动、噪音小和宜于在城市建筑物密集地区使用等优点被广泛应用，但钻孔灌注桩施工过程中仍然存在着诸多问题，其中钻孔灌注桩孔壁塌孔问题尤为突出。塌孔问题的出现不仅直接影响成桩质量和工期，而且还对灌注桩的安全施工及生命财产安全造成了潜在的威胁。因此，科学研究和有效解决灌注桩孔壁塌孔的防治方法与技术，对确保成桩质量及基础工程建设的安全具有重要的理论意义和工程实用价值。

由于钻孔灌注桩施工为地下隐蔽工程，施工场地本身地质环境条件比较复杂，且灌注桩孔壁稳定性受多重因素与条件的影响与控制，包括自然因素、人为因素和工程因素，如地层结构与性质、地下水渗流作用、护壁泥浆、成孔工艺、施工机械等。其中，护壁泥浆浓度及浆液比重是保证灌注桩孔壁稳定性的一个关键防治因素与条件。因此，在水文地质条件、成孔工艺与施工机械一定的条件下，在钻孔施工过程中，通常采用控制护壁泥浆液面与泥浆比重的方法平衡水土压力，起到保持孔壁稳定的作用。护壁泥浆的比重、黏度、流动状态都与孔壁稳定性有着密切的联系，是保持孔壁稳定的重要作用因素。目前，国内外学者和工程技术人员采用不同的方法对钻孔灌注桩孔壁稳定性与护壁泥浆之间的关系进行了较为系统的探索与研究，其中主要的代表性方法可以分为以下三类：一是力学分析方法，基于弹塑性理论建立力学模型，对孔壁稳定性进行力学分析和安全系数的推算；二是数值分析方法，采用有限元软件进行数值模拟，分析土体性质、泥浆相对比重、孔深、孔径等影响因素与钻孔灌注桩孔壁稳定性的关系；三是工程经验分析方法，工程技术人员根据已有施工经验，在桩基础施工规范规定的范围内调节泥浆比重、粘度等参数。上述方法中的力学分析方法往往局限在理论层面对孔壁稳定性的分析，没有提出很好的防治措施，很难应用于工程实践；数值分析方法计算过程较复杂，对孔壁土体的边界条件、本构关系要求比较严格，并受地质模型、简化的力学模型和力学参数的影响，计算结果较难做出准确的评价，也不易于应用到工程实践；而工程经验分析方法缺乏理论基础，其分析方法尚无统一和明确的规定，不能在灌注桩工程的钻孔施工中广泛的推广和应用。

发明内容

鉴于上述方法在灌注桩钻孔施工和稳定性问题评价与防治中存在的局限性，本发明在系统的研究与分析影响钻孔灌注桩孔壁稳定性不利因素的耦合作用的基础上，根据弹塑性理论建立的灌注桩孔壁力学分析模型与孔壁失稳判据，提出了一种大孔径钻孔护壁加固泥浆临界比重的测定方法，并运用该方法可有效的确定钻孔施工护壁泥浆的比重，以有效的解决钻孔灌注桩钻孔施工的塌孔防治问题。本发明的具体步骤如下：

步骤一：钻孔灌注桩工程地基土体物理力学参数的勘察与测定

对钻孔灌注桩工程施工场区进行勘察测定该区域各土层厚度h_i(m)；地下水埋深Δl(m)。

并通过土工试验测定天然重度γ_i(地下水位以下取浮重度γ_i')、泊松比μ_i、各土层土体的粘聚力c_i、内摩擦角

由侧压力系数与土体泊松比的关系确定第i层土的侧压力系数k_i；

k_i＝μ_i/1-μ_i(1)

式中：μ_i----第i层土的泊松比

步骤二：孔口周围堆载对孔壁产生的竖向荷载的确定

测定钻孔桩机活动半径R(m)，将钻孔桩机工作面积简化为环形工作面，由式(2)确定旋挖桩机工作占用面积：

式中：S----钻孔桩机工作占用面积(m²)

D₀----钻孔设计直径(m)