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).