相邻钻孔灌注桩同时作业方法

技术领域

本发明涉及灌注桩技术领域，具体的，涉及相邻钻孔灌注桩同时作业方法。

背景技术

灌注桩是直接在所设计的桩位上进行钻孔，其截面为圆形，成孔后在孔内加放钢筋笼，灌注混凝土而成的，它主要是用于城市建筑的，也用于地铁施工围护桩等各种桩基工程中；

目前现有的钻孔灌注桩均采用跳桩打法的施工方式，但最终往往会遇到相邻灌注桩，此时只能够对单根桩位进行钻孔施工，制约了施工进度，会使得施工的效率降低，为此，我们提出了相邻钻孔灌注桩同时作业方法。

发明内容

本发明提出相邻钻孔灌注桩同时作业方法，解决了相关技术中的现有钻孔灌注桩均采用跳桩打法的施工方式，但最终往往会遇到相邻灌注桩，此时只能够对单根桩位进行钻孔施工，制约了施工进度，会使得施工的效率降低的问题。

本发明的技术方案如下：

相邻钻孔灌注桩同时作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：三维模型建立，实体单元模拟，粘弹性边界模拟；

步骤二：岩土体模拟，地基的动弹性模量、动剪切模量和动泊松比；

步骤三：实际土层模拟；

步骤四：分析计算，计算时步与计算方法，形成A、B、C和D四个实验模型；

步骤五：动力荷载，单桩冲击结果分析；

步骤六：跳打实验结果对比分析；

步骤七：全护筒实验。

其中，桩的直径设定为2500mm，灌装深度为35～36m，相邻桩之间的间距为4m；

且采用2.5m大直径锤击钻孔设备从全护筒的内部孔位处进行钻孔施工。

作为本发明进一步的技术方案，步骤一具体包括如下内容：

1)建立尺寸为200m×200m×150m的模型，考虑岩土动力计算的空间效应，取桩体顶部的地表为上边界，整体模型长宽均取200m，模型深度参考桩长和计算需要，取150m深，在本部分的计算模型中，土体主要采用六面体单元模拟，桩体结构单元同样建立实体单元模拟，三维单元数共742500个；

2)工程数值模拟采用了粘弹性边界条件模拟无限域，粘弹性边界结点的运动方程：

作为本发明进一步的技术方案，步骤二具体包括如下内容：

1)岩土体采用岩土理想弹塑性本构模型，塑性判别按照Mohr-Coulomb准则进行，模型中弹性模量参考地质勘察单位在动力勘探活动中获取的波速数据，并经计算得出动力参数；

2)根据横波波速(或者采用瑞利波波速换算得到)以及纵波波速，计算地基的动弹性模量、动剪切模量和动泊松比，计算公式如下：

其中，ρ为土层天然密度，v

作为本发明进一步的技术方案，步骤三具体包括如下内容：

1)对实际土层进行了层状简化，简化后的模型土体分为4层，各土层粘聚力、内摩擦角、密度等参数参考了勘察单位提供的《地勘报告》中建议的数据，其他数据按照地勘报告提供的数据作进一步计算得出。

作为本发明进一步的技术方案，步骤四具体包括如下内容：

1)静力计算：对模型四个侧面边界约束水平向和纵向，竖向自由，底部边界约束三个方向，施加重力荷载进行计算，在计算结果中提取模型地应力场和四个侧面边界支反力；

2)地应力平衡阶段。将模型四个侧面和底部边界替换为黏弹性人工边界，导入第一步计算结果提取出的地应力场并在四个侧面边界增加水平向与纵向支反力，施加重力荷载进行地应力平衡计算；

3)进行动力计算；

4)按照初步试算结果，岩土体集中的波动效应将在0.5s以内扩散至边界，在0.3s以后的岩土位移分布超出重点区域，因此在后续动力计算分析步中考虑1次冲击后0.3s内的土体响应计算；计算方法采用“线性时程(直接积分法)”，计算时步取为0.005s，总计算步骤为60步；每步输出一次岩土体与桩体位移结果。

作为本发明进一步的技术方案，步骤五具体包括如下内容：

1)常见的岩土介质受到的动力荷载可分为(a)冲击荷载；(b)爆炸荷载；(c)震动荷载；(d)地震荷载，冲击成孔施工模拟按照(a)的形式在有限元法中输入半周期简谐荷载以模拟一次冲击作用；

2)单桩冲击结果分析。

作为本发明进一步的技术方案，步骤六具体包括如下内容：

1)在两模型A、B中分别模拟两孔同时冲击成孔情况：其中A工况采取跳打作业方式；B工况采取同时作业成孔方式；

2)提取上述A、B两模型左孔受右孔冲击作业的影响。

作为本发明进一步的技术方案，步骤七还包括如下内容：

1)在C和D两个模型中分别模拟冲击成孔的情况；

2)C工况采取全护筒施工方式，D工况采取普通施工方式，分别提取C、D两模型的左孔受右孔冲击作业发生的水平位移值来反映冲击影响。

作为本发明进一步的技术方案，根据A工况和B工况的计算结果对比制作桩孔水平位移折线图，根据C工况和D工况的计算结果对比制作桩孔水平位移折线图。

作为本发明进一步的技术方案，单桩冲击中，对连续冲击工况下地表X向水平位移分布、历程最大竖向位移分布和最大水平位移分布均通过仪器进行检测。

本发明的工作原理及有益效果为：

1、本发明通过护筒防护的形式，可以在相邻两组钻孔桩位同时进行钻孔的情况下，可以为冲击过程中的震动传播提供显著的隔震作用，因此极大降低了冲击成孔时对周围桩孔的扰动，保证了相邻灌注桩同时施工的施工质量且安全可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明模型三维网格图；

图2为本发明模型中部断面网格图；

图3为本发明冲击荷载a、爆炸荷载b、震动荷载c、和地震荷载d四种不同类型下岩土的动力荷载图；

图4为本发明连续冲击工况下t＝1.0s地表X向水平位移分布图；

图5为本发明单次冲击工况历程最大竖向位移分布图；

图6为本发明单次冲击工况历程最大水平位移分布图；

图7为本发明A工况与B工况计算结果对比图；

图8为本发明C工况与D工况计算结果对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

如图1～图7所示，本实施例提出了相邻钻孔灌注桩同时作业方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：三维模型建立，实体单元模拟，粘弹性边界模拟；

步骤二：岩土体模拟，地基的动弹性模量、动剪切模量和动泊松比；

步骤三：实际土层模拟；

步骤四：分析计算，计算时步与计算方法，形成A、B、C和D四个实验模型；

步骤五：动力荷载，单桩冲击结果分析；

步骤六：跳打实验结果对比分析；

步骤七：全护筒实验。

其中，桩的直径设定为2500mm，灌装深度为35～36m，相邻桩之间的间距为4m；

且采用2.5m大直径锤击钻孔设备从全护筒的内部孔位处进行钻孔施工。

步骤一具体包括如下内容：

1)建立尺寸为200m×200m×150m的模型，考虑岩土动力计算的空间效应，取桩体顶部的地表为上边界，整体模型长宽均取200m，模型深度参考桩长和计算需要，取150m深，在本部分的计算模型中，土体主要采用六面体单元模拟，桩体结构单元同样建立实体单元模拟，三维单元数共742500个；

2)工程数值模拟采用了粘弹性边界条件模拟无限域，粘弹性边界结点的运动方程：

步骤二具体包括如下内容：

1)岩土体采用岩土理想弹塑性本构模型，塑性判别按照Mohr-Coulomb准则进行，模型中弹性模量参考地质勘察单位在动力勘探活动中获取的波速数据，并经计算得出动力参数；

2)根据横波波速(或者采用瑞利波波速换算得到)以及纵波波速，计算地基的动弹性模量、动剪切模量和动泊松比，计算公式如下：

其中，ρ为土层天然密度，v

表一：数值计算模型物理力学参数

步骤三具体包括如下内容：

1)对实际土层进行了层状简化，简化后的模型土体分为4层，各土层粘聚力、内摩擦角、密度等参数参考了勘察单位提供的《地勘报告》中建议的数据，其他数据按照地勘报告提供的数据作进一步计算得出。

步骤四具体包括如下内容：

1)静力计算：对模型四个侧面边界约束水平向和纵向，竖向自由，底部边界约束三个方向，施加重力荷载进行计算，在计算结果中提取模型地应力场和四个侧面边界支反力；

2)地应力平衡阶段。将模型四个侧面和底部边界替换为黏弹性人工边界，导入第一步计算结果提取出的地应力场并在四个侧面边界增加水平向与纵向支反力，施加重力荷载进行地应力平衡计算；

3)进行动力计算；

4)按照初步试算结果，岩土体集中的波动效应将在0.5s以内扩散至边界，在0.3s以后的岩土位移分布超出重点区域，因此在后续动力计算分析步中考虑1次冲击后0.3s内的土体响应计算；计算方法采用“线性时程(直接积分法)”，计算时步取为0.005s，总计算步骤为60步；每步输出一次岩土体与桩体位移结果。

步骤五具体包括如下内容：

1)常见的岩土介质受到的动力荷载可分为(a)冲击荷载；(b)爆炸荷载；(c)震动荷载；(d)地震荷载，冲击成孔施工模拟按照(a)的形式在有限元法中输入半周期简谐荷载以模拟一次冲击作用；

2)单桩冲击结果分析。

步骤六具体包括如下内容：

1)在两模型A、B中分别模拟两孔同时冲击成孔情况：其中A工况采取跳打作业方式；B工况采取同时作业成孔方式；

2)提取上述A、B两模型左孔受右孔冲击作业的影响。

步骤七还包括如下内容：

1)在C和D两个模型中分别模拟冲击成孔的情况；

2)C工况采取全护筒施工方式，D工况采取普通施工方式，分别提取C、D两模型的左孔受右孔冲击作业发生的水平位移值来反映冲击影响。

根据A工况和B工况的计算结果对比制作桩孔水平位移折线图，根据C工况和D工况的计算结果对比制作桩孔水平位移折线图。

单桩冲击中，对连续冲击工况下地表X向水平位移分布、历程最大竖向位移分布和最大水平位移分布均通过仪器进行检测。

根据实验可以得知，在土层成孔时，采用全护筒施工措施比通常施工(仅采取泥浆护壁)可以最多减小近50％的冲击扰动。

结果检测：

在C工况与D工况中的两根桩施工完成后，利用声波透射法对同时作业的桩进行检测，检测结果均为I类桩，施工质量可靠。

因此，在符合施工规范要求，且采取了充足的施工措施保证成孔的垂直度和浇筑质量时，可以考虑连续成孔作业以提高施工效率，通过采取全护筒施工，可以为冲击过程中的震动传播提供显著的隔震作用，因此极大降低了冲击成孔时对周围桩孔的扰动。采取全护筒施工措施能够有效减少施工影响，能够有效提高施工效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。