淺析鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性分析及后壓漿應(yīng)用探討

朱炳達(dá)

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。文章對鉆孔灌注樁孔壁穩(wěn)定性和后壓漿技術(shù)應(yīng)用做一個簡單探討。

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)定性分析模型和計算參數(shù)。通常采用有限元強度折減法進(jìn)行孔壁穩(wěn)定性分析。對土體本構(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)。總體來說，孔的深度越大，樁的長度越大，鉆孔后樁周土的側(cè)向卸荷量就會相應(yīng)增大，在垂直方向和水平方向上的應(yīng)力差值就會增大，土體內(nèi)部的剪應(yīng)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(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(hù)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(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(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)定孔壁時泥皮等因素對混凝土灌樁產(chǎn)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(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）修補灌注樁缺陷部位，滿足灌注樁設(shè)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(guān)注樁的質(zhì)量缺陷，達(dá)不到設(shè)計技術(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，對灌注樁灌注過程留下的缺陷進(jìn)行修補，有效保證了灌注樁的質(zhì)量，同時提升樁周土的側(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(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，加強樁周土體物理性能，使之具備更加堅實的結(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，同時穩(wěn)固樁基土體結(jié)構(gòu)，使持力層的結(jié)構(gòu)更加堅固，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)

[1] 鄭楷.北京市某超高層建筑基礎(chǔ)灌注樁后壓漿技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].吉林大學(xué)博士論文，2013.

[2] 楊德兵.大孔徑鉆孔灌注樁孔壁致塌影響因素分析與穩(wěn)定性評價研究[D].青島理工大學(xué)，2014.