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鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析及后壓漿應用探討論文
摘 要：鉆孔灌注樁施工技術中，孔壁穩(wěn)定性是決定灌注樁承載能力的重要因素，后壓漿技術可以有效改善和根除成孔過程中造成的問題。文章對鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性和后壓漿技術應用做一個簡單探討。
關鍵詞：鉆孔灌注樁；孔壁穩(wěn)定性；后壓漿技術；應用
鉆孔灌注樁適用于多種復雜地層，同時具備良好的單樁承載能力，成本較低，而且可以應用于各類規(guī)模的工程建筑，是現代工程技術中十分重要的樁型。在某些特定的地質條件下，進行大型工程施工，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構，這類工程對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量的關鍵。
1 鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析
進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)了土體中的應力變化和物理狀態(tài)變化。鉆孔灌注樁孔壁土體應力平衡狀態(tài)遭到破壞后，所成孔周邊土體的水平方向應力卸荷，而垂直方向上的應力和外圍土體的側向壓力互相作用，使得孔周土體出現塑形區(qū)，塑形區(qū)過大或是不能維持穩(wěn)定狀態(tài)，就會形成縮頸，嚴重者甚至會形成塌孔。
1.1 鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析模型和計算參數。通常采用有限元強度折減法進行孔壁穩(wěn)定性分析。對土體本構模型選用莫爾-庫侖理想彈塑性模型，采用巖土工程數值分析軟件進行數據反分析得到穩(wěn)定性安全系數Fs。將孔壁土體塑性區(qū)半徑比Cs和穩(wěn)定性安全系數Fs來作為孔壁穩(wěn)定性判別依據。
1.2 鉆孔地域土體性質對穩(wěn)定性的影響。黏性土體成孔后穩(wěn)定系數Fs較大，但是穩(wěn)定性隨著時間增加而逐漸下降，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，土體內摩擦角φ小，土體抗剪強度隨著孔的深度越來越大而越來越弱，孔深增加后側壓力系數增大，孔周土體側向卸荷量也增加，同時導致孔周土體的垂直向應力和側向應力差值增大，所以黏性土體中通常會產生較大的塑性區(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，應力重新分布之后，會更容易達到新的穩(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，土體內摩擦角φ大，土體抗剪強度隨著深度變化增加的快，側向壓力系數較小，孔形成后，孔周土體則向卸荷量小，豎直方向上的應力和側向應力差量小，產生的土體塑性區(qū)和變形量都較小，但是由于沒有黏聚力，只要產生塑性區(qū)就會很不穩(wěn)定，形成塌孔，孔壁穩(wěn)定性很差，通常需要采取護壁方法維持孔壁穩(wěn)定性。
1.3 鉆孔深度對孔壁穩(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來保持自身的平衡，這是一個臨界鉆孔深度，依據土層物理力學性質，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)定安全系數為
Fs=
由此可見孔壁穩(wěn)定性和鉆孔深度相關。總體來說，孔的深度越大，樁的長度越大，鉆孔后樁周土的側向卸荷量就會相應增大，在垂直方向和水平方向上的應力差值就會增大，土體內部的剪應力就會越大，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，一般需要采取護壁措施。
1.4 泥漿相對密度對孔壁穩(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壁手段。特制泥漿可以在兩個方面有效保持孔壁穩(wěn)定性，使孔壁不會發(fā)生塌孔和縮頸：
（1）泥漿在孔壁形成泥皮，泥皮自身強度可以加強孔壁穩(wěn)定性，同時可以封閉孔周土體，防止周圍土體中的自由水向孔內侵入，沖刷孔壁，導致孔壁穩(wěn)定性下降的問題；
（2）泥漿增大對孔壁的側向壓力，從而減少孔周土體的側向卸荷量，提高孔壁的抗剪強度，保持孔壁穩(wěn)定性。總體而言，泥漿的相對密度越大，孔壁的穩(wěn)定性越高。具體在黏性土體中，泥漿相對密度對孔壁土體基本表現為線性函數關系，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應用探討
2.1 鉆孔灌注樁后壓漿技術概述。為了改善鉆孔灌注樁成樁的條件，消除穩(wěn)定孔壁時泥皮等因素對混凝土灌樁產生的不利影響，同時提高單樁承載力，減小工程沉降量。在合適的土體條件下，可以通過預埋在樁端或者樁側的壓漿器向樁端或者樁側高壓注入特定配置的水泥漿液，這種技術稱之為后壓漿技術，依據壓漿部位的不同將其分為樁端后壓漿和樁側后壓漿。
2.2 后壓漿技術應用。
（1）修補灌注樁缺陷部位，滿足灌注樁設計要求。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，會造成關注樁的質量缺陷，達不到設計技術指標，后壓漿側樁注漿高壓注入的漿液除部分滲透進入樁周土，剩余漿液將沿著灌注樁周圍上漲，對灌注樁灌注過程留下的缺陷進行修補，有效保證了灌注樁的質量，同時提升樁周土的側摩阻力，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，使樁周土體結構更為緊密，樁基更為堅固，有效改善和根除因為泥皮和孔底沉渣帶來的灌注樁沉陷和穩(wěn)定性不夠的問題。
（3）增強樁周土體穩(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能力，加強樁周土體物理性能，使之具備更加堅實的結構，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。樁端后壓漿可以擴大樁端半徑，使灌注樁更為穩(wěn)固，同時穩(wěn)固樁基土體結構，使持力層的結構更加堅固，進而提升灌注樁的承載力，降低由于持力層的結構不穩(wěn)定帶來的工程不均勻沉降。
3 結語
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，并且為后壓漿技術應用創(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)揮鉆孔灌注樁技術在現代工程建設中的作用。
參考文獻
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