關(guān)于振孔高噴灌漿技術(shù)地層適宜性定量分析的探討

苗龍

摘要： 振孔高噴灌漿技術(shù)是近20年來(lái)開(kāi)發(fā)成功的地基處理新技術(shù)。本文試結(jié)合《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》對(duì)不同地層振孔高噴的成孔難易程度進(jìn)行比較，并結(jié)合大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以期對(duì)工程的前期準(zhǔn)備有所幫助。

Abstract： Vibration hole high-pressure sprayed grouting technology is a new technology for foundation treatment in recent 20 years. This paper attempts to compare the difficulty of forming holes with vibration hole high-pressure sprayed in different strata by combining the "Technical Specifications of Building Pile Foundation" and analyze with large data， so as to help the preliminary preparation of the project.

關(guān)鍵詞： 振孔；高噴；適宜性；定量分析；灌漿

Key words： vibration hole；high-pressure sprayed；suitability；quantitative analysis；grouting

中圖分類號(hào)：TV543 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）21-0090-02

1 概述

利用大功率高頻振動(dòng)器將振管直接振入地層中預(yù)定深度而形成灌漿孔，使造孔和下管一次完成，在振管上提過(guò)程中進(jìn)行高噴作業(yè)，這種把振動(dòng)鉆孔與高噴灌漿兩種工藝耦合為“鉆噴一體化”的新工藝被稱為振動(dòng)造孔高壓噴射灌漿工藝（簡(jiǎn)稱振孔高噴）。振孔高噴工藝充分利用振動(dòng)力造孔，成孔效率極高，從而實(shí)現(xiàn)小孔距高噴灌漿；由于孔距較小，可以有效利用高壓射流近噴嘴處的高能區(qū)強(qiáng)力切割、重復(fù)擾動(dòng)地層，既可保證墻體連續(xù)又能實(shí)現(xiàn)快速提升；由于單孔施工速度快，可實(shí)現(xiàn)高噴孔不分序依次施工連續(xù)成墻；根治了坍孔和護(hù)壁泥漿造成的“假灌”弊病，確保高噴固結(jié)體質(zhì)量。目前，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新發(fā)展的振孔高噴技術(shù)不但廣泛應(yīng)用于水利、電力、交通、航運(yùn)、城建等領(lǐng)域的地基加固與防滲工程，而且也被應(yīng)用于粉質(zhì)黏土、砂土及卵礫石等地層中。

根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，地層性質(zhì)和振孔深度對(duì)振孔高噴成孔效率及提升難易程度影響極大，間接影響振孔高噴設(shè)備的整體穩(wěn)定性，制約著工程的成本和工期進(jìn)度。因此，研究振孔高噴的地層適宜性對(duì)于工程前期的預(yù)判、工程如何開(kāi)展以及是否需要采取某些處理措施具有指導(dǎo)意義。

2 成孔阻力分析

利用振動(dòng)器將振管振入地層的過(guò)程中，假設(shè)不考慮振動(dòng)力從振管上部傳遞到振桿底部的振桿長(zhǎng)度修正系數(shù)，那么振管下沉阻力主要由兩個(gè)力組成：①振管側(cè)壁與其周圍土體的總摩擦力，這里稱為“側(cè)摩阻力”，符號(hào)Qzdsk；②振管端部與其下土體的作用力，這里稱為“端阻力”，符號(hào)Qzdpk。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，樁的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值為Qsk，樁的總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值為Qpk，Qsk與Qpk可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法查表確定。

通過(guò)對(duì)比我們可以發(fā)現(xiàn)Qzdsk為振管（鋼材）與周圍土體的摩擦力，且應(yīng)考慮振管振動(dòng)影響，Qsk為混凝土與周圍土體的摩擦力，不需考慮振動(dòng)影響；Qzdpk應(yīng)考慮振管振動(dòng)影響，Qpk不需考慮振動(dòng)影響。所以Qzdsk與Qzdpk可近似用下式表示：

Qzdsk=Ψzdsk·Ψcl·Qsk （1）

Qzdpk=Ψzdpk·Qpk （2）

Qzduk=Qzdsk+Qzdpk （3）

式中，Ψcl——樁側(cè)材料影響修正系數(shù)，假設(shè)為1.0；

Ψzdsk——樁側(cè)振動(dòng)影響修正系數(shù)，假設(shè)為0.9；

Ψzdpk——樁端振動(dòng)影響修正系數(shù)，假設(shè)為1.1；

Qzduk——振動(dòng)成孔的總阻力值。

3 地層及成孔深度影響分析

規(guī)范《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）中采取經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法查表5.3.5-1與表5.3.5-2以確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值與土的名稱、土的狀態(tài)有關(guān)，樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值與土的名稱、土的狀態(tài)、樁長(zhǎng)（成孔深度）有關(guān)。由規(guī)范可知，樁長(zhǎng)5m、10m、15m為樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值取值變化點(diǎn)，一般振孔高噴成孔深處大于5m，小于25m，故下面分別假設(shè)樁長(zhǎng)為7m、14m、20m時(shí)，分別在粉土（密實(shí)）、細(xì)砂（密實(shí)）、粗砂（密實(shí)）、碎石卵石（密實(shí)）地層中振動(dòng)成孔時(shí)的總阻力Qzduk。假設(shè)振管直徑為127mm，則振管截面積A=0.01266m2，周長(zhǎng)u=0.39878m。按式（1）～（3）計(jì)算，查表5.3.5-1與表5.3.5-2按泥漿護(hù)壁鉆（沖）孔樁取值。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

根據(jù)表1，分別繪制總阻力Qzduk與樁長(zhǎng)關(guān)系曲線和側(cè)摩阻力Qzdsk與樁長(zhǎng)關(guān)系曲線，見(jiàn)圖1和圖2。

通過(guò)以上計(jì)算可知，隨著樁長(zhǎng)的加深、土體顆粒的增大，振孔總阻力加大，成孔難度加大，且主要阻力為側(cè)摩阻力，樁長(zhǎng)超過(guò)10m后，側(cè)摩阻力一般都可達(dá)到總阻力的95%以上。

根據(jù)筆者所在公司以往的施工經(jīng)驗(yàn)，在粗砂地層中，當(dāng)成孔深度為14m時(shí)，2分鐘左右即可成孔，效率較高，設(shè)備整體穩(wěn)定，故障率低，振孔難度不大；而在碎石、卵石地層中，當(dāng)成孔深度為20m時(shí)，成孔時(shí)間可達(dá)40～90分鐘，甚至更長(zhǎng)且有振孔不成功的情況發(fā)生，直接導(dǎo)致設(shè)備不穩(wěn)定，故障率大幅提高，甚至可達(dá)60%，振孔難度極大，且即使振孔成功，但提升噴射階段仍然存在旋轉(zhuǎn)阻力過(guò)大、卡鉆風(fēng)險(xiǎn)高的問(wèn)題，需同時(shí)啟動(dòng)振動(dòng)錘才可旋轉(zhuǎn)提升，而振動(dòng)錘長(zhǎng)時(shí)間的工作又導(dǎo)致設(shè)備故障率高，最終導(dǎo)致整體效率極其低下、材料消耗巨大、維修人員疲勞、時(shí)間成本大增等諸多問(wèn)題。

這些問(wèn)題產(chǎn)生的原因可通過(guò)上述計(jì)算加以解釋，在密實(shí)粗砂地層中振孔14m深時(shí)的側(cè)摩阻力Qzdsk1=530.10kN，在密實(shí)碎石、卵石地層中振孔20m深時(shí)的側(cè)摩阻力Qzdsk2=1112.60kN，Qzdsk2/Qzdsk1≈2.00，即后者振孔的難度大概是前者的2倍，提升旋轉(zhuǎn)的難度大概也為2倍，這會(huì)引起諸多的問(wèn)題以至于工程成本的提升，此時(shí)，應(yīng)采取一定的處理措施，在保證工期的同時(shí)還可達(dá)到一定的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

本文試圖通過(guò)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值的方法來(lái)量化振孔高噴的地層適宜性，以便使工程決策者在施工前對(duì)工程的難度有一個(gè)量化的判斷，從而可以提前采取一定的措施，達(dá)到控本增效的目的。

本文的局限有兩點(diǎn)：①設(shè)備性能的不同導(dǎo)致可克服的最大阻力不同，這需要更多的經(jīng)驗(yàn)的積累；②文中涉及的計(jì)算參數(shù)Ψcl、Ψzdsk和Ψzdpk給出的是假設(shè)值，目的在于直觀量化結(jié)果，實(shí)際使用時(shí)可不給出假設(shè)值，直接將參數(shù)帶到公式中，對(duì)于同種設(shè)備、同種土層其值可能的變化不影響結(jié)果的判斷，若要具體確定參數(shù)的取值，則需要更進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫靈會(huì).振孔高噴灌漿技術(shù)研發(fā)進(jìn)展與探討[J].東北水利水電，2014，32（9）：13-14.

[2]JGJ94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[3]劉宏武.高噴灌漿技術(shù)在郭堡水庫(kù)的應(yīng)用[J].山西水利科技，2012（03）.