钻孔灌注桩孔壁稳定性分析及后压浆应用探讨论文
摘 要：钻孔灌注桩施工技术中，孔壁稳定性是决定灌注桩承载能力的重要因素，后压浆技术可以有效改善和根除成孔过程中造成的问题。文章对钻孔灌注桩孔壁稳定性和后压浆技术应用做一个简单探讨。
关键词：钻孔灌注桩；孔壁稳定性；后压浆技术；应用
钻孔灌注桩适用于多种复杂地层，同时具备良好的单桩承载能力，成本较低，而且可以应用于各类规模的工程建筑，是现代工程技术中十分重要的桩型。在某些特定的地质条件下，进行大型工程施工，难度很大，通常需要选择孔深和孔径都十分巨大钻孔灌注桩，才能将上部工程的巨大荷载传递到地基岩土结构，这类工程对灌注桩的单桩承载力和桩基持力面的抗压能力都有很高的要求，而成孔后的孔壁稳定性及后续施工工艺将是保证工程施工质量的关键。
1 钻孔灌注桩孔壁稳定性分析
进行钻孔灌注桩钻孔施工过程中，破坏了原有的土体的平衡状态，引发了土体中的应力变化和物理状态变化。钻孔灌注桩孔壁土体应力平衡状态遭到破坏后，所成孔周边土体的水平方向应力卸荷，而垂直方向上的应力和外围土体的侧向压力互相作用，使得孔周土体出现塑形区，塑形区过大或是不能维持稳定状态，就会形成缩颈，严重者甚至会形成塌孔。
1.1 钻孔灌注桩孔壁稳定性分析模型和计算参数。通常采用有限元强度折减法进行孔壁稳定性分析。对土体本构模型选用莫尔-库仑理想弹塑性模型，采用岩土工程数值分析软件进行数据反分析得到稳定性安全系数Fs。将孔壁土体塑性区半径比Cs和稳定性安全系数Fs来作为孔壁稳定性判别依据。
1.2 钻孔地域土体性质对稳定性的影响。黏性土体成孔后稳定系数Fs较大，但是稳定性随着时间增加而逐渐下降，容易发生缩径；砂性土体成孔后稳定系数Fs较小，成孔后一塌孔，一般都需要采取措施维持孔壁稳定性。
（1）黏性土体中，土体内摩擦角φ小，土体抗剪强度随着孔的深度越来越大而越来越弱，孔深增加后侧压力系数增大，孔周土体侧向卸荷量也增加，同时导致孔周土体的垂直向应力和侧向应力差值增大，所以黏性土体中通常会产生较大的`塑性区和较大的变形量，但是由于黏性土体的土体黏聚力c很大，虽然孔周土体发生了较大变形和形成了较大的塑性区，但是在土体黏聚力c的作用下，应力重新分布之后，会更容易达到新的稳定状态，因此，孔壁稳定性较好，但是一发生缩颈。
（2）砂性土体中，土体内摩擦角φ大，土体抗剪强度随着深度变化增加的快，侧向压力系数较小，孔形成后，孔周土体则向卸荷量小，竖直方向上的应力和侧向应力差量小，产生的土体塑性区和变形量都较小，但是由于没有黏聚力，只要产生塑性区就会很不稳定，形成塌孔，孔壁稳定性很差，通常需要采取护壁方法维持孔壁稳定性。
1.3 钻孔深度对孔壁稳定性的影响。钻孔后的土体，一定条件下可以通过自身土体自立和圆拱效应来保持自身的平衡，这是一个临界钻孔深度，依据土层物理力学性质，研究干成孔条件下的孔壁稳定性，得到孔壁自立稳定临界深度Hcr为
Hcr=
孔壁稳定安全系数为
Fs=
由此可见孔壁稳定性和钻孔深度相关。总体来说，孔的深度越大，桩的长度越大，钻孔后桩周土的侧向卸荷量就会相应增大，在垂直方向和水平方向上的应力差值就会增大，土体内部的剪应力就会越大，孔壁稳定性就越差。在砂性土体中，干成孔是不能成立的，这与砂土坡的稳定性分析结论一致，孔壁稳定性很差，极易发生坍孔；在黏性土体中，孔壁土体的不排水抗剪强度较好，孔壁稳定性较好，随着孔深增加，孔壁稳定性降低。因此，为了保证孔壁的稳定性，一般需要采取护壁措施。
1.4 泥浆相对密度对孔壁稳定性的影响。钻孔灌注桩在钻孔过程中，为了保持孔壁的稳定性，通常需要采取特制泥浆护壁手段。特制泥浆可以在两个方面有效保持孔壁稳定性，使孔壁不会发生塌孔和缩颈：
（1）泥浆在孔壁形成泥皮，泥皮自身强度可以加强孔壁稳定性，同时可以封闭孔周土体，防止周围土体中的自由水向孔内侵入，冲刷孔壁，导致孔壁稳定性下降的问题；
（2）泥浆增大对孔壁的侧向压力，从而减少孔周土体的侧向卸荷量，提高孔壁的抗剪强度，保持孔壁稳定性。总体而言，泥浆的相对密度越大，孔壁的稳定性越高。具体在黏性土体中，泥浆相对密度对孔壁土体基本表现为线性函数关系，泥浆密度增加，孔壁土体变形量减少，孔壁缩径量越小，孔壁稳定性越高。
2 钻孔灌注桩后压浆技术应用探讨
2.1 钻孔灌注桩后压浆技术概述。为了改善钻孔灌注桩成桩的条件，消除稳定孔壁时泥皮等因素对混凝土灌桩产生的不利影响，同时提高单桩承载力，减小工程沉降量。在合适的土体条件下，可以通过预埋在桩端或者桩侧的压浆器向桩端或者桩侧高压注入特定配置的水泥浆液，这种技术称之为后压浆技术，依据压浆部位的不同将其分为桩端后压浆和桩侧后压浆。
2.2 后压浆技术应用。
（1）修补灌注桩缺陷部位，满足灌注桩设计要求。普通钻孔灌注桩浇筑过程中，由于维持孔壁稳定过程中的泥皮和孔洞沉渣等影响，会造成关注桩的质量缺陷，达不到设计技术指标，后压浆侧桩注浆高压注入的浆液除部分渗透进入桩周土，剩余浆液将沿着灌注桩周围上涨，对灌注桩灌注过程留下的缺陷进行修补，有效保证了灌注桩的质量，同时提升桩周土的侧摩阻力，使灌注桩更为稳固。
（2）固化沉渣和泥皮，稳固桩基。成孔过程中，会形成孔底沉渣及保持孔壁稳定性形成的泥皮，后压浆液可以使之胶结，使桩周土体结构更为紧密，桩基更为坚固，有效改善和根除因为泥皮和孔底沉渣带来的灌注桩沉陷和稳定性不够的问题。
（3）增强桩周土体稳固程度，为灌注桩提供更好的工作环境。后压浆液颗粒进入桩周土体，填充土体空隙，提高桩周土体饱和度，改善孔隙度，并且可以提高桩周土体的胶结能力，加强桩周土体物理性能，使之具备更加坚实的结构，改善灌注桩的工作状态。
（4）稳固桩端持力层，提升灌注桩承载力。桩端后压浆可以扩大桩端半径，使灌注桩更为稳固，同时稳固桩基土体结构，使持力层的结构更加坚固，进而提升灌注桩的承载力，降低由于持力层的结构不稳定带来的工程不均匀沉降。
3 结语
研究分析影响钻孔灌注桩孔壁稳定性的因素，采取有效的手段保持孔壁稳定性，并且为后压浆技术应用创造有利条件，提高钻孔灌注桩的单桩承载力，降低工程沉降量，以充分发挥钻孔灌注桩技术在现代工程建设中的作用。
参考文献
[1] 郑楷.北京市某超高层建筑基础灌注桩后压浆技术的研究与应用[D].吉林大学博士论文，2013.
[2] 杨德兵.大孔径钻孔灌注桩孔壁致塌影响因素分析与稳定性评价研究[D].青岛理工大学，2014.
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