复杂富水地基大型钻孔灌注桩孔壁稳定性评价与加固方法研究

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在我国东南沿海地区其复杂富水软土地基非常普遍,该类地基土体的承载力较低,通常不能满足现代大型工业建筑及民用高层建筑地基基础承载力的要求,需要对地基进行加固处理,桩基础是增加地基整体稳定性及提高地基承载力主要基础加固工程之一。随着工业技术和工程建设的发展,桩基础的工艺、设计方法、承载力等方面均有迅速的发展,桩基础具有较大的承载力、稳定性和协调不均匀沉降的能力,对于复杂富水软土地基具有较强的适应能力。桩基础的类型按照施工成桩方法可概括为预制桩与灌注桩,其中钻孔灌注桩因为具有高承载力、无挤土、噪音小、钻孔施工无振动的优点被广泛应用。然而,钻孔灌注桩在施工成孔时存在着诸多问题,钻孔灌注桩施工孔壁的失稳塌孔问题尤为突出。灌注桩施工孔壁的塌孔问题不但影响成桩质量和延误施工工期,而且对灌注桩工程的安全施工及相关工程人员生命财产安全存在着潜在的威胁。因此,对复杂富水地基土大型钻孔灌注桩施工孔壁稳定性评价及加固方法进行深入而系统的研究,不仅具有重要的科学理论意义,还具有实际工程应用价值。  本论文将复杂富水地基土大型钻孔灌注桩施工孔壁稳定性评价及加固方法作为主要的研究内容,以中委合资广东石化2000万吨/年重油加工项目灌注桩工程施工场地为研究区域,基于现场探测研究与检测数据分析,建立了钻孔孔壁坍塌体积与塌孔率的计算分析模型,并系统分析和确定了研究区域施工孔壁稳定性的变化规律与坍塌机理;结合研究区域的工程地质与水文地质条件特征,建立了孔壁稳定性的物理力学分析与评价模型,并确定了钻孔孔壁稳定性的弹塑性力学平衡条件与失稳判据;运用基于模糊数学理论的综合评价方法,建立了该区域的钻孔灌注桩施工孔壁塌孔风险分区模糊综合评价模型,并对研究区域灌注桩施工钻孔的塌孔风险进行了评价与风险等级分区;采用数值仿真模拟软件FLAC3D分析与研究了在不同工程条件下灌注桩施工孔壁稳定性的变化规律。本文主要研究内容如下:  (1)研究和确定技术检测方案,并对广东石化项目灌注桩工程施工现场钻孔参数进行抽样检测。采用灌注桩钻孔孔径检测仪器,在研究区灌注桩工程的施工现场采集钻孔直径数据,并对钻孔灌注桩工程施工现场所采集的数据进行计算分析和研究。  (2)基于检测数据的研究与分析,运用钻孔孔壁塌孔率参数对塌孔率与土层参数进行了相关关系的回归分析,进一步深入的研究了广东石化项目钻孔灌注桩工程区域施工孔壁稳定性的变化规律与坍塌机理。  (3)根据弹塑性力学基本原理,结合研究区域的工程地质与水文地质条件特征,建立了孔壁稳定性的物理力学分析与评价模型,确定了钻孔孔壁稳定性的弹塑性力学平衡条件与失稳判据,并以此为基础建立了大孔径钻孔护壁加固稳定液临界比重的优化设计方法。  (4)运用模糊数学理论的综合评价方法,建立了该区域的钻孔灌注桩施工孔壁塌风险分区模糊综合评价模型,并对研究区域灌注桩工程场区的塌孔风险等级进行了分区与评价,以此为依据提出了分区优化防治的技术路线,为广东石化项目灌注桩工程钻孔施工塌孔问题的防治提供理论依据。  (5)运用数值仿真模拟软件FLAC3D对部分施工工艺与条件下的钻孔灌注桩孔壁稳定性进行数值模拟分析与研究。对不同地下水埋深、稳定液比重、钻孔直径、钻孔布置间距条件下的钻孔孔壁的变形规律进行了一系列的数值模拟研究与评价。
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