浅谈“钻孔灌注桩”之

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  【摘 要】本文主要着手于“钻孔灌注桩”施工过程中孔内的静水压力与孔壁稳定性问题,通过分析,提出相应的预防措施,从而确保孔壁的稳定性。
  【关键词】钻孔灌注桩;孔内液体的静水压力;孔内水头高度;护筒设置
  Shallow talk the quiet water pressure of liquid inside“drill a hole to infuse to note a stake” its bore
  Chen Yong-feng,Ren Fu-yin
  (Hangzhou city qianjiang xincheng construction development limited company Hangzhou Zhejiang 310016)
  【Abstract】This text is main to begin at the bore in the construction process of“drill a hole to infuse to note a stake” inside of quiet water pressure dint and the bore wall stability problem, pass analysis, put forward correspond of prevention measure, insure bore thus wall of stability.
  【Key words】Drill a hole to infuse to note a stake;The quiet water pressure dint of the liquid in the bore;Bore internal water head height;Protect a tube constitution
  
  在世界各国的深基础工程中,桩基是采用的主要手段,而钻孔灌注桩则是我国应用最为广泛的桩基之一。而对于钻孔灌注桩的施工,成桩工艺较为复杂,故其成桩质量难以进行直观的检查。所以钻孔灌注桩施工中,要牢记“防范于未然”的名言,事先控制,杜绝各种事故隐患,保证桩基质量。
  本文主要着手于“钻孔灌注桩”施工过程中孔内的静水压力与孔壁稳定性问题,通过分析,提出相应的预防措施,从而确保孔壁的稳定性。
  1. 孔壁外四周总侧向压力对孔壁的作用。
  假设孔壁为一刚体,其在周围主动土压力作用下,会向孔洞内位移,当位移到一定数值时,周围土体达到主动极限平衡状态,这是从土压力的作用入手来进行分析的。但针对钻孔这一具体工序来说,是不允许孔壁土体向内移动的。否则将引起坍塌现象。因此,要想防止孔壁土体的移动,必须在孔壁内产生一个力来抵抗孔壁外的主动土压力。对于这个主动土压力,我们可以根据朗肯土压力理论来进行分析计算:
  1.1 根据朗肯土压力理论;单位墙长的主动土压力Ea的计算公式为:Ea=1/2rh2Ka。
  式中:
  Ea——单位墙长的土压力值(KN/m)
   r——刚体的土体重度(KN/m2)
   h——刚体的高度(M)
   Ka——主动土压力系数Ka=tg2(45°-/2)
  ——土的内摩擦角
  当然,对于一个孔深方向上的土质肯定是各有不同的,而不同土质的土层由于重度、内摩擦角的不同,其所作用的土压力必然有所不同。本文主要着手讨论孔壁内的静水压力问题,故对各不同土质土层的土压力也不作具体的分析,在实际工程中只要根据不同的土层取不同的参数进行计算就行了。
  1.2 地下水的静水压力计算公式为:P1=rHcA。
  式中:P1——地下水的静水压力(KN/m)
  Hc——受压面积的形心在水下淹没深度(M)
  r——水容重(KN/m3)
  A——受压面积(m2)
  故总侧向压力E=Ea+P1其分布图如图1所示,该侧向作用力E即为作用于孔壁四周的总压力,因此,孔内必须产生一个大于等于总侧向压力的静水压力,才能够确保孔壁不会坍塌。即P≥E式中:
  P——孔内液体静水压力
  E——孔壁四周外总侧向压力。 
  2. 孔内液体的静水压力作用
   作为孔内液体,其作用于孔壁上的静水压力是保证孔壁不坍塌的主要因素之一。本文从任意平面上静水总压力入手,简要剖析了静水压力的分布及其总压力的大小。
  由于任意平面的边界形状多种多样,压强分布图形体积较为复杂和难于计算,故不便于应用图解法计算总压力,而需要采用解析法求解。
  将任意平面MN倾斜地放置在静水中,平面廷展面与自由水平面交角d,廷展面与自由水面的交线是一条水平线(ox)。若以(oy)为轴旋转90°,便可以清楚地看到MN的形状尺寸,如图2所示。
  设A为该任意平面的面积,其形心点在水面以下深度为hc。在平面上任取一微小面积dA,中心点m在水面以下的深度为h,该点的相对压强p=rh,则作用在dA面积上的总压力为:
  dp=r·h·dA
  =r·sina·Da
  由于整个平面上各点微小面积上的压力方向相互平行,所以对上积分便得整个平面A上的静水总压力,即
  P=∫adp=∫ar·y·sinadA
   =r·sina∫aydA
  式中∫aydA为面积,A对ox轴的静面矩,积分结果为yo·A故上可写成:
  P=y·sin(yc·A)
  式中yc——平面形心点到ox轴的距离。
  由图中几何关系可知yc·sina=hc,于是得静水总压力为:
  P=r·hc·A
  式中:
  p——静水总压力(KN/m)
  r——水容重(KN/m3)
  hc——受压面积的形心在水下淹没深度(m)
  A——受压面积(m2)
  此式即适用于铅垂矩形平面,也可适用于任意形状。任意方位的平面。
  上述表明,作用于任意形状平面上静水总压力的大小,等于受压面积A与期形处静水压强r·hc的乘积。同时,从该式中可以看出,总压力的大小只与r·hc·A有关,与受压面积的方位无关。
  作为钻孔灌注桩孔内液体——泥浆的护壁效果,要求其泥浆在孔内所产生的静水总压力要大于等于孔壁 四周的总侧向压力,从而确保孔壁的稳定性。而其泥浆的静水总压力值与泥浆的容重,高度和孔面积成正比。故合理的增大该三个值,是确保孔壁稳定的先决条件。
  3. 孔内液体静水压力与孔壁四周总侧向压力的确定。
  了解了孔内液体的静水压力和孔外总侧向压力的原理后,我不能难看出,只有当孔内液体的静水压力大于等于孔外总侧向压力,才能够保证钻孔过程中孔壁不倒塌。
  对于孔壁四周侧向土压力的要求,其他基土的条件直接影响孔壁的稳定性。试验证明,土的内摩擦角愈小,所需泥浆的相对密度愈大;反之所需泥浆相对密度就愈小。因为土的内摩擦角在一定程度上反映土质好坏,内摩擦角大,土质条件好,就不容易发生坍塌。所以在施工时,要根据不同的土质条件选用不同的泥浆配合比,各地的经验只能参考不能照搬。尤其在地层中存在较弱的淤泥质土层或粉砂层时要引起特别的重视。
  对于地下水位的水压力,国内外实践证明,在第四系地层钻进成孔,只要孔内水头压力比孔外地下水压力大2×104MPa就能保证孔壁的稳定即:H·r≥2×104MPa
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