[发明专利]一种大孔径钻孔护壁加固泥浆临界比重的测定方法

摘要

本发明涉及大型灌注桩钻孔塌孔和孔壁稳定性评价与防治领域，特别涉及一种大孔径钻孔护壁加固泥浆临界比重的测定方法，主要解决目前的分析方法往往局限在理论层面，难以应用于工程实践或者缺乏理论基础，难以推广应用的问题。发明的具体包括如下步骤钻孔灌注桩工程地基土体物理力学参数的勘察与测定；孔口周围堆载对孔壁产生的竖向荷载的确定；提钻时护壁泥浆向下流动速度vn等相关参数的确定；一定钻孔深度z(m)处护壁泥浆临界比重的确定；不同钻孔深度土层护壁泥浆比重的确定；钻孔施工护壁泥浆临界设计比重的确定。本发明能够科学而有效的确定护壁泥浆比重与防治灌注桩孔壁塌孔问题，提高施工质量、降低施工成本。

主权项

一种大孔径钻孔护壁加固泥浆临界比重的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：勘察与测定钻孔灌注桩工程地基土体物理力学参数；步骤二：确定孔口周围堆载对孔壁产生的竖向荷载；步骤三：确定提钻时护壁泥浆向下流动速度vn、泥浆液面高出水平地面的高度h及提钻过程中泥浆液面下降最大高度Δh；步骤四：确定一定钻孔深度z处护壁泥浆临界比重；步骤五：确定不同钻孔深度土层护壁泥浆比重；步骤六：确定钻孔施工护壁泥浆临界设计比重：钻孔施工护壁泥浆临界设计比重为各土层的护壁泥浆临界设计比重的最大值；所述步骤一中，勘察与测定钻孔灌注桩工程地基土体物理力学参数包括：土层厚度hi/m、地下水埋深Δl/m、天然重度γi、泊松比μi、各土层土体的粘聚力ci和内摩擦角地下水位以下取浮重度γi'；并由土体泊松比确定第i层土的侧压力系数ki；ki＝μi/1‑μi   (1)式中：μi‑‑‑‑第i层土的泊松比；所述步骤二中，孔口周围堆载对孔壁产生的竖向荷载的确定包括以下步骤：a.测定钻孔桩机活动半径R/m，确定旋挖桩机工作占用面积S；b.测定钻孔桩机整机工作重量M1/kg及钻孔弃土质量M2/kg；灌注桩钻孔孔口周围堆载简化为均布荷载，确定孔口周围堆载对孔壁产生的单位面积上的竖向荷载q，kN/m2，q=(M1+M2)gs---(3)]]>所述步骤三中，相关参数的确定包括以下步骤：1)提钻时护壁泥浆向下流动速度的测定首先，测定钻孔桩机工作时的平均提钻速度vz，m/s，由式(4)确定钻杆与孔壁间隙面积Sn，m2：Sn=π4(D02-D2)---(4)]]>式中：D0‑‑‑‑钻孔设计直径，mD‑‑‑‑钻孔桩机钻杆直径，m其次，确定提钻过程中泥浆通过钻杆与孔壁间隙的速度vn，m/s：vn=1.5vZD2(D02-D2)---(5)]]>2)测定泥浆液面高出水平地面的高度h/m及提钻过程中泥浆液面下降最大高度Δh/m；所述步骤四中，一定钻孔深度z处护壁泥浆临界比重根据土力学中的Mohr‑Coulomb屈服准则及孔壁土体的极限平衡条件确定：ω=[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]-2ciA+γwA2(z-Δl)A2ρ[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]---(6)]]>式中：γj，γi‑‑‑‑分别为第j层与第i层土的重度，kN/m3，其中j＝i+1hj，hi‑‑‑‑分别为第j层与第i层土的厚度mD0‑‑‑‑钻孔设计直径γw‑‑‑‑水的重度：10kN/m3Δl‑‑‑‑地下水埋深，mA‑‑‑‑为第i层土体内摩擦角；所述步骤五中不同钻孔深度土层护壁泥浆比重的确定包括以下步骤：a.根据护壁泥浆比重ω与深度z的关系式(6)，确定泥浆比重对钻孔深度的导函数式(7)：fi=(γi+γwA2)[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]-g[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]+2ciAg-γwgA2(z-Δl)A2ρ[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]2---(7)]]>b.各土层泥浆临界比重对应的钻孔深度z/m的确定：对于一个设计钻孔，根据不同地层分界点自上而下划分钻孔深度，如第i层土上层面深度为Zi(a)，下层面深度为Zi(b)，并根据步骤一至步骤三所确定的参数及式(7)分别判断各土层中fi取值的大小：当fi≤0时，泥浆临界比重随钻孔深度的增大而减小，第i层土层中泥浆临界比重对应的钻孔深度为第i层土的上层面深度，Z＝Zi(a)；当fi≥0时，泥浆临界比重随钻孔深度的增大而增大，第i层土层中泥浆临界比重对应的钻孔深度为第i层土的下层面深度，Z＝Zi(b)；c.根据各土层中泥浆临界比重对应的钻孔深度Zi/m，由式(8)分别确定各个土层的护壁泥浆比重，如第i层土护壁泥浆比重为：ωi=[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]-2ciA+γwA2(z-Δl)A2ρ[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]---(8)]]>d.对于土体重度大于20kN/m3的土层，需对该层土体坍塌破坏极限平衡应力状态进行验算：2ki[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]-p≥[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]≥p---(9)]]>p‑‑‑‑护壁泥浆和地下水作用下在钻孔深度z处产生的压强，kPa；若式(9)不成立，则将上一步中计算的ωi值作为该土层的护壁泥浆比重；fi=(2kiγi+γw+γwA2)[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]-2kig[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]+2ciAg-γwg(1+A2)(z-Δl)(1+A2)ρ[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]2---(10)]]>ω=2ki[Σj=0i-1γjhj+γi(z-Σj=0i-1hj)+q]-2ciA+γw(1+A2)(z-Δl)(1+A2)ρ[g(h+z-Δh)-Snvn2/2πD0]---(11)]]>若式(9)成立，则采用式(10)、(11)分别代替式(7)、(8)按照步骤重新计算该土层的护壁泥浆比重。