泵压分析

2024-05-20

泵压分析（共5篇）

泵压分析篇1

作为工程建设的重要部分, 桩基起着基础性作用, 其施工水平直接关乎上部结构是否稳定。随着对工程质量要求的提高, 桩基技术也在不断改进。长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩即是其中一种, 以长螺旋钻机成孔后, 通过管内泵压, 进行桩身混凝土灌注, 并将预制好的钢筋笼沉入桩身混凝土。该技术单桩承载力大、适用性好, 施工速度相对较快, 且对环境污染小, 在当前有着广泛应用。

1 长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩工艺原理

该技术采用长螺旋钻机成孔方式, 所以只要是长螺旋钻机能够钻孔的地层, 都可使用该工艺。先利用长螺旋钻机成孔至设计标高, 然后用混凝土泵对孔内泵压灌注混凝土, 该方式可对周围的土体进行挤压密实, 进而提高桩体承载力, 拔出钻杆后, 采用插笼器将钢筋笼插入桩体混凝土内最后形成桩。该工艺的优点是:桩体承载力;施工效率较高, 且噪音低、污染少, 适应力强;施工方便, 经济效益显著, 应用越来越多。其不足之处在于易出现堵泵、通长钢筋笼不易插放到位等问题, 必须加强重视。

2 工程实例分析

宏远新城小区建设工程占地面积17000m2, 共4幢楼, 楼高33+1层, 95.9米。该工程地貌为泾河一级阶地, 地层结构较为复杂。从地质勘察表中可知, 该地区地层土体可分为6层, 自下而上分别为: (1) 人工填土; (2) 黄土状土; (3) 粉土; (4) 细中砂; (5) 圆砾; (6) 粉质黏土; (7) 中细砂。

本工程采用长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩, 长31.0m, 直径为600mm。桩端最终要进入第7层中细砂层, 桩体混凝土强度为C40, 承载力为7000KN。钢筋笼长23.5m的12/6Φ14主筋, 主筋HRB400, 箍筋为HPB300级。

3 长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩施工技术应用分析

3.1 施工流程

(1) 定位放线。采用全站仪以及钢尺等测量工具, 严格按照施工图纸开展定位放线测量工作。确保每个桩位都与设计要求相符, 并逐一进行场地标高实测, 以便控制桩顶标高。

(2) 钻孔工作。长螺旋钻机准确就位后, 对中调平, 钻孔, 泵送混凝土, 插钢筋笼。开钻与提钻应合理控制主卷扬, 钻杆随之缓慢钻进。速度不能过快, 孔应保持垂直。施工人员要实时观察, 如电流高于正常钻进电流的2倍, 应停止钻进, 找清原因后方可钻进。

(3) 混凝土的搅拌和泵送。按照适宜的比例进行混凝土的搅拌, 需保证均匀搅拌, 以提高混凝土的和易性、流动性。若有离析现象, 需及时解决。钻进到设计深度时, 可泵送混凝土;同时借助卷扬同步提升钻杆, 钻杆提升速度应和混凝土泵送速度相匹配, 泵送混凝土应连续进行。

(4) 钢筋笼的制作和放置。主筋保护层厚度至少为50mm。为了充分发挥保护层的作用, 有必要在主筋外侧加限位板。同一个截面内, 主筋的接头数量不得超过50%。另外, 主筋和加强筋电焊连接牢固。提升钻头到孔口时, 泵送混凝土工作结束, 然后移走钻机, 吊车开始放置钢筋笼。要放在孔中心, 开启振动插笼器, 缓缓插入刚浇筑完的新鲜混凝土内, 下放至设计标高。

(5) 成桩。钢筋笼置入后则最终桩体形成, 还需做好桩头的保护、养护工作, 不得有施工机械碾、挤压桩头, 以免破桩顶主筋的位置和桩头质量。

3.2 施工质量控制

混凝土的配合比例和质量性能都必须符合设计要求, 浇筑时将坍落度控制在160mm—200mm之间, 垂直度偏差不得超过1%;确保混凝土具有良好的和易性, 整个施工过程连续进行, 成桩后桩顶超灌高度至少要达到500mm。

3.3 关于特殊情况的处理

(1) 压灌桩串孔。本工程桩基承台为墙下布桩。为缩短工期, 前期施工中采用间隔跳打的打法。以防出现串孔现象, 即打完一个桩间隔一根桩打, 待混凝土终凝后再回来打相邻桩, 成功地解决了桩串孔问题。

(2) 断桩和夹层。为避免断桩和夹层, 严格控制提速, 确保中心管内有混凝土以及泵送的连续性。

(3) 钢筋笼无法安放到位。由于钢筋笼的安放在灌注后, 为了保证安放到位, 必须严格控制碎石粒径、混凝土配比和坍落度要求, 并在施工完混凝土灌注后, 立即开始钢筋笼的安放。

4 结束语

该工程投完工后, 经第三方检测, 桩基质量良好, 全为一类桩。可知, 长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩施工技术在处理这些易塌孔地层上较为可行。此工艺施工速度快、效率高, 成桩质量好, 还能节约材料、降低成本, 而且对环境保护也十分有益。所以如果条件允许, 应将该方法推广。

参考文献

[1]张琴, 朱守东.长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩施工技术与质量控制[J].建筑技术, 2004, 20 (3) :109-110.

[2]连海宁.长螺旋钻孔泵压混凝土后插筋灌注桩的应用[J].山西建筑, 2007, 22 (15) :116-118.

[3]张小强, 杜晓飞.长螺旋钻孔泵压砼技术应用及常见问题探析[J].西部探矿工程, 2010, 22 (6) :142-144.

[4]董庆.长螺旋钻孔泵压混凝土振插钢筋笼施工工艺[J].山西建筑, 2007, 24 (33) :170-172.

泵压表传感器接头的工艺改进篇2

关键词：传感器接头,结构改造,工艺改进

1 工作原理及故障分析

泥浆泵压力表是钻井时不可缺少的重要仪表, 其压力指示是钻进的主要参数之一。它除了反映泥浆泵的工作情况外, 还能从读数的变化中判断出井下情况。因此, 泵压表必须指示准确, 经久耐用。在江苏地区钻井队司钻房泵压表传感器接头大都是利用液压油来传递压力, 由于往复泵的特性, 使表针不稳定, 当钻孔内循环不通畅或钻具堵塞时, 泵压传感器接头就会承受较大的冲击负荷, 泥浆易侵入接头和压力表内, 使传感器接头腐蚀堵塞, 导致大量的泵压传感器接头报废;压力表损坏失灵, 一个表有时候仅能使用10天左右。

1.1 工作原理

泵压表工作原理是把液压油的压力信号通过连通管传递给压力表, 由压力表直接指示出具体的压力数值。安装时, 先把橡胶膜塞放入传感器接头1的最底部, 再连接好接头1、4、5, 在压力为零时 (即未接高压泥浆流时) 往接头内注满液压油, 然后连接好管线、压力表等, 接入泥浆流。当泥浆压力升高推动橡胶膜塞产生一定的位移, 膜塞再压缩液压油, 液压油不易被压缩, 所以液压油就向管线流动, 流向压力表, 使压力表的指针发生变化, 即可反映出泥浆泵的压力变化 (见图1) 。这种方式的优点是橡胶膜塞将泥浆和压力表内的工作油液隔开, 压力通过膜塞传递给工作油液, 这样脏而带砂的泥浆就不能进入表内, 避免了压力表堵死或腐蚀等现象。

1.2 故障分析

由于泥浆泵工况恶劣, 震动剧烈, 井底压力变化大和泵的往复泵特性, 泥浆的压力呈不规则变化, 加上泥浆的粘稠等特性, 压力表传感器接头在受到高压冲击载荷时, 易于出现故障, 导致压力表失灵, 不能及时反映泵压的变化, 并给正常的钻井生产带来隐患。主要故障有以下几个方面:

(1) 液压油泄漏, 致使接头内的液压油压力减小, 容易产生“击穿”现象。原因分析:泵压传感器接头1与接头4, 采用的是M52×3的普通细牙三角螺纹联接与密封, 为了联接液压油管线又使用了接头4和接头5 (见图1) 。由于连接点过多和普通螺纹的密封特点, 液压油易于泄漏, 如果液压油漏失量大又没得到及时的补充, 那么传感器接头内的液压油压力不够, 一旦遇到泥浆泵泵压剧增, 泥浆流的瞬间压力过大, 橡胶膜塞两端受力不均, 高压泥浆容易击翻橡胶膜塞, 导致泥浆“击穿”液压油, 侵入连接管线损坏压力表。

(2) 接头的内表面光洁度不高, 致使泥浆和液压油混合物残留在管壁上, 污染液压油。原因分析:我厂在生产接头1时, 主要采用车床加工, 其表面光洁度只能达到6.3。由于没有磨床及操作工人, 为了提高光洁度, 我们只能用砂纸手工打磨接头1的内壁。这样就导致接头1内壁凹凸不平、光洁度低、易于残留泥浆和粘挂液压油。泥浆和液压油长时间堆积在管壁, 使接头的内壁容易结垢和锈蚀, 导致橡胶膜塞运动不灵活, 甚至引起膜塞侧翻, 泥浆侵入传感器接头;锈蚀严重的话导致整个接头报废。

(3) 橡胶膜塞与接头内壁的配合间隙不当。接头内壁的加工尺寸为φ46采用的是自由公差。橡胶膜塞 (标准配件) 与内壁的配合间隙决定于内壁的加工尺寸, 有时为过盈有时为间隙不当。当为过盈配合时就会导致膜塞易于被击翻, 泥浆入侵、污染液压油, 进而堵塞管线和压力表。

2 改进泵压传感器接头的结构与生产工艺

为了延长泵压传感器接头和压力表的使用寿命, 我们对现有的传感器接头经行了反复试验和不断改进。

(1) 针对液压油泄漏, 进行工艺和结构改进:

1) 改变联接的扣型。把接头1与接头4间的联接螺纹由细牙螺纹M52×3改成梯形螺纹Tr52×4。因为三角细牙螺纹的螺距小, 升角小, 不耐磨, 易滑扣;梯形螺纹, 工艺性好, 牙根强度高, 对中性好, 密封性好。 (见图2)

2) 减少联接点与密封位。把接头4、5做成一整体接头, 直接与接头1联接 (见图2) , 这样虽然比较浪费材料, 但是把连接点减少到1个, 大大减少了液压油泄漏点的概率, 也减少了工人的安装、维修工时。

(2) 提高传感器接头内壁的光洁度。我们把所生产的传感器接头, 出厂进行精磨加工, 使其内壁的表面光洁度提高到1.6。经过长期的实验与使用, 接头1内壁挂油和腐蚀的现象大大减少, 其使用寿命得到有效的延长。

(3) 调整配合间隙。把接头内壁的加工尺寸由φ46调整为Φ46-0-0..0502, 保证橡胶膜塞与接头的内壁采用的是间隙配合, 保证较高的密封度。

3 结论

改进过后的传感器接头, 能很好的传递压力, 能及时把泥浆泵和井下泥浆的压力反映到司钻房中的泵压表上。虽然其加工难度提高、工时延长、工序增多, 材料消耗增加, 生产成本提高;但是减少了液压油的泄漏、有效的避免了橡胶膜塞的“侧翻”现象, 降低了接头的腐蚀程度;降低了传感器接头、液压油管线、压力表等的更换频次, 使每只接头的平均寿命由原来的一两月延长到半年到一年, 同时大量减少了更换和维护的工时。

参考文献

[1]陈凌飞, 孙晓榕.司钻房泵压表传感器接头改造.科技信息, 2011

[2]苟祖荣, 李开秀.FG-5型泥浆泵压力表.石油钻采机械, 1978 (05)

泵压分析篇3

水泥粉煤灰碎石桩 (Cement Fly-ash GravelPile) , 简称CFG桩。它是由水泥、粉煤灰、碎石 (或石屑、砂) 加水拌和灌注形成的高黏结强度桩;CFG桩成桩后与桩间土、褥垫层一起形成复合型地基。CFG桩复合型地基可以较大幅度地提高天然土层的承载能力, 减小路基的基础沉降, 具有建造方法简单、施工周期短、成本造价低、环境污染小等优点, 在建筑、路基基础处理中应用广泛。但由于受多种因素的影响, 在长螺旋钻机管内泵压灌注CFG桩成桩过程中, 质量事故时有发生, 因此, 如何在施工环节通过适当的措施来保证成桩质量, 是一个值得研究的问题。

二、施工遇到的质量问题分析及控制措施

1. 窜孔。

窜孔是指在灌注完前一根CFG桩后, 钻相邻下一根桩时, 前一根桩的混凝土面突然大幅度下降, 甚至将前一根桩的混凝土钻出, 使下一根CFG桩灌注困难的现象。

(1) 导致窜孔的原因分析。常见的有:被加固土层中有松散饱和粉土、粉细砂;相邻桩在竖直方向上有相互连通的空洞或裂纹, 二者形成一个“连通器”。

(2) 控制措施。采取大桩距的设计方案, 从而避免新打桩对已打桩的剪切扰动;调整打桩顺序, 采取隔桩或隔排跳打方法, 跳打顺序视桩间距和土层情况而定;改进钻头, 提高钻进速度, 减少钻进对饱和砂土、粉细砂的剪切扰动和能量积累, 减弱土体液化态势。如果窜孔现象很严重, 建议设计单位重新勘探设计, 加大桩间距或者改用其他地基加固方法, 如预制桩打入等。

2. 堵管。

堵管是指在CFG桩灌注过程中, 混凝土凝固在输送泵管中, 混凝土不能正常输送。特别是故障排除不畅时, 已搅拌的CFG桩混合料会失水或结硬, 增加了再次堵管的概率, 给施工带来很多困难。

(1) 产生堵管的原因。一是混合料配合比不合理。当混合料中的细骨料和粉煤灰用量较少时, 混合料和易性不好, 易发生堵管。二是施工操作不当。正常操作时, 应在钻孔进入土层预定标高后开始泵送混合料, 即管内空气从排气阀排出, 待钻杆内管及输送软、硬管内混合料连续时即可提钻。若提钻时间过晚, 在泵送压力下, 钻头处的水泥浆液就会被挤出, 容易造成管路堵塞。三是设备缺陷。设备缺陷也有可能造成堵管, 如弯头曲率半径、弯头与钻杆不能垂直连接等。

(2) 控制措施。保证粗骨料的粒径、混凝土的配比和坍落度符合要求, 泵送时坍落度应控制在170～190 mm, 混合料的拌和时间应不小于120 s。灌注管路应避免过大变径和弯折, 每次拆卸导管都必须清洗干净。加强施工管理, 专人指挥协调钻机操作手和混合料泵车操作手, 使混合料泵送和钻杆提升配合默契, 及时发现和解决问题。

3. 偏孔。

偏孔分为平面位置位移偏移和垂直度超过1%而不满足要求的两种情况。

(1) 产生偏孔的原因。平面位置偏移产生原因有布设桩位时点位不精确, 从而导致控制桩位的钢钎被破坏而导致桩机对位不准确。垂直度偏差产生的原因有钻机未完全调平就开始钻进和地层的原因等。

(2) 控制措施。布置点位要做到细致认真, 精确测量定位;定位钢钎要深入原地面30 cm以下;防止清除钻渣时破坏点位;在桩机开钻前和钻孔过程中都要对垂直度进行检查。

4. 抱钻。抱钻也是灌注CFG桩施工时常见的问题之一。

(1) 产生抱钻的主要原因。钻孔土层为流塑状态的饱和土。这种土的黏聚力太大。或者是钻孔过程中由于机械故障或停电导致钻进中断, 停钻时间太长而使钻杆无法转动。

(2) 控制措施。及时清理钻杆, 防止黏性土黏在钻杆上不脱落;钻孔保持连续进行, 准备后备电源。

5. 断桩。

(1) 产生断桩的原因。断桩是由于提钻太快, 泵送混凝土跟不上提钻速度, 钻头上的泥块落入桩孔内或是用大型机械 (装载机或挖掘机) 野蛮清理桩间土, 造成CFG桩身浅层断桩。

(2) 控制措施。保持后场混凝土供应及时和灌注过程中不堵管, 这样可保证混凝土灌注的连续性, 如果混合料中断, 灌注时间超过混合料初凝时间, 则要拔下钻杆重新钻孔后再灌注混合料;控制拔管速度, 使之与泵送混合料速度匹配, 保证钻头始终埋在混凝土下。

6. 桩头质量问题。

桩头质量问题主要有桩头空芯、桩端不饱满和夹泥、气泡等问题。

(1) 产生桩头质量问题的原因。桩头空芯主要是因施工过程中, 排气阀不能正常工作所致;钻机钻孔时, 管内充满空气, 泵送混合料时, 排气阀将空气排出, 若排气阀堵塞不能正常将管内空气排出, 就会导致桩体存气, 形成空芯。桩端不饱满主要是因为施工中为了方便阀门的打开, 先提钻后泵料所致;这种情况可能造成钻头上的土掉入桩孔或地下水浸入桩孔, 影响CFG桩的桩端承载力。夹泥、气泡、砼不足、浮浆太厚等, 一般是由于操作控制不当造成。

泵压分析篇4

CFG桩按正三角形布置, 桩径0.4m, 桩间距1.4～1.8m, 桩间距由密到疏进行渐变;90天单桩承载力不小于200kN, 单位复合地基承载力不小于130KPa、140KPa、150KPa (对应于桩间距1.8m、1.6m、1.4m) 。

2 施工工艺流程简介

2.1 施放桩位。

严格按照施工设计图纸要求, 选择带有一定直径和深度的白灰点来表示桩位, 确定建筑的控制轴线, CFG桩应精确的放到CFG桩作业面的相关位置。

2.2 打桩机就位。

打桩机就位有比较严格的技术要求, 钻机到达预定位置后, 钻杆与桩位中心应垂直对应, 其偏差应在1%范围内。

2.3 混合料搅拌。

商品砼进场后应核对商砼标号、进行塌落度实验。混合料塌落度控制在18～22cm。在泵送前混凝土泵料斗、商砼运输车应备好充足混凝土。

2.4 钻进成孔。

钻孔开始时及成孔过程中, 要严格按照要求施工, 避免钻杆、钻具损坏等事件的发生, 钻进的深度取决于设计桩长, 当钻头到达设计桩长预定标高时, 应在动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记, 作为施工控制桩长的依据。

2.5 灌注、拔管及移机。

施工中, 一旦出现不连续灌注现象, 应立即作出相应诊断措施, 查阅勘察报告和现场土质情况, 严禁在这些土层内停机。灌注成桩完成后, 桩头一般都要用水泥袋保护。当上一工序完工后, 需移动钻机, 钻机移动过程中应根据轴线或周围桩的位置对需施工的桩位进行复核, 保证桩位准确。

2.6 主要质量技术控制指标如下。

要求CFG桩成桩后桩径≮400mm, 有效桩长达到要求, 桩身强度达到C20, 桩的施工偏差满足下述要求: (1) 轴线点位偏差≯2cm, 桩尖对位偏差≯2cm; (2) 成桩偏差轴线方向≯20cm, 垂直轴线方向≯20cm; (3) 成孔垂直度偏差≯1%, 桩径偏差不大于2cm; (4) CFG混合料塌落度160～200mm; (5) 桩位允许偏差不大于0.4d; (6) 成桩高度不小于设计有效桩长的0.5cm。

3 施工常见问题及原因分析

3.1 问题:

缩颈 (灌筑混凝土后的桩身局部直径小于施工图标示尺寸) 。原因分析:a.地下水位或饱和淤泥质土中, 水和空气扩散的比较慢, 土受到的扰动挤压比较强烈, 由此, 可以导致出现空隙水压力现象。在这一状态下, 拔出套管过程中, 桩体受挤出现缩颈。b.流塑淤泥质土中的淤泥由于不能得到很好的混凝土浇灌, 形成缩颈。c.桩间距离小、拔管的速度太快、混凝土过于干硬或和易性差等情况, 由于邻桩挤压、泥土填充、管内混凝土量过少, 混凝土出管的扩散性差等造成缩颈。

3.2 问题:

断桩、桩身混凝土坍塌 (桩身局部残缺夹有泥土;或桩身的某一部位混凝土坍塌, 上部被土填充) 。原因分析:a.桩下部遇软弱土层, 桩成型后, 还未达到初凝强度时, 在软硬不同的两层土中振动下沉套管, 由于振动对两层土的波速不一样, 产生了剪切力, 把桩剪断。b.拔管时速度过快, 混凝土尚未流出套管, 周围的土迅速回填, 形成断桩。c.在流态淤泥质土中, 孔壁不能自持, 灌筑的混凝土密度大于流态淤泥质土, 造成混凝土在该层中坍塌。d.桩中心距过小, 打邻桩时受挤压 (水平力及抽管上拔力) 断裂, 混凝土终凝不久, 受振动和外力扰动。

3.3 问题:

拒落 (灌筑混凝土后拔管时, 混凝土不从管底流出, 拔出一定高度后才流出管外, 造成桩的下部无混凝土或混凝土不密实) 。原因分析:a.在低压缩性粉质黏土层中打拔管桩时, 灌筑混凝土开始拔管时, 活瓣桩尖被周围土包围压住而打不开, 使混凝土无法流出而造成拒落。b.在有地下水的情况下, 封底混凝土过干, 套管下沉时间较长, 在管底形成“塞子”堵住管口, 使混凝土无法流出。c.预制桩头混凝土质量较差, 强度不够, 沉管时桩头被挤入套管内阻塞混凝土下落。

4 针对问题所采取的解决措施

4.1 预防措施及处理方法。

施工时每次向桩管内尽量多装混凝土, 使其自重抵消桩身所受的孔隙水压力。一般使管内混凝土高于地面或地下水位1.0～1.5m, 使之有一定的扩散力;桩间距过小, 宜用跳打法施工;沉桩应采用“慢插密击 (振) ”;拔管速度不得大于0.8～1.0m/min;桩身混凝土应用和易性好的低流动性混凝土灌筑。

桩轻度缩颈时, 可采用反插法, 每次拔管高度以1.0m为宜;局部缩颈宜采用半复打法;桩身多段缩颈宜采用复打法施工。

4.2 预防措施及处理方法。

采用跳打法施工, 跳打应在相邻成形的桩达到施工图标示强度的50%以上进行;认真控制拔管速度, 一般以1.2～1.5m/min为宜;对于松散性和流态淤泥质土, 不宜多振, 以边振边拔管为宜。

已出现断桩, 采用复打法解决, 在流态淤泥质土中出现桩身混凝土坍塌时, 尽可能不采用套管护壁成桩;控制桩中心间距大于3.5倍桩直径;混凝土终凝不久避免振动和扰动;桩中心过近, 可采用跳打或控制时间的方法。

4.3 预防措施及处理方法。

根据工程和地质条件, 合理确定桩长, 尽量使桩不进入低压缩性土层;严格检查预制桩头的强度和规格, 防止桩尖在施工时压入桩管;在有地下水的情况下, 混凝土封底不要过干, 桩管下沉不要过长, 套管沉至施工图标示高程后, 应用浮标测量预制桩尖是否进入桩管, 如桩尖进入桩管, 应拔出处理;灌筑混凝土后, 拔管时应用浮标经常观测测量, 检查混凝土是否有阻塞情况;已出现拒落, 可在拒落部位采用翻插法处理。

结束语

鉴于此技术在复合地基处理方面具有造价低、效果好等优点, 长螺旋钻机成孔管内泵压灌注CFG桩施工技术应用过程中, 在保证职工质量的前提下, 给我公司带来较好的经济效益。施工过程中, 虽然出现了一些问题, 但是施工人员只要明确设计标准、相关施工工艺流程。在施工过程中, 严格按照相关施工操作规程施工, 针对一些难题, 进行经验总结, 不断改进, 相信在不久的将来, 该项施工技术将广泛应用于建设施工领域。

摘要：长螺旋钻机成孔管内泵压灌注CFG桩施工技术由于其操作方便、成本低廉等优点, 近年来, 应用的非常广泛, 其相关技术在应用过程中也不断得到完善。根据沿海高速沧州段土建四合同段长螺旋钻机成孔管内泵压灌注CFG桩工程经历, 本文主要分析了长螺旋钻机成孔管内泵压灌注CFG桩施工工艺及常见问题的处理方法。

关键词：CFG桩,工艺,常见问题,处理

参考文献

[1]陈耀光, 等.长螺旋钻孔管内泵压CFG桩承载力性状的对比试验分析[J].建筑科学, 2000 (4) :53-56.

[2]郑俊杰, 等.软土地区长螺旋钻孔压灌桩试验研究[J].华中科技大学学报, 2002 (9) :101-103.

[3]张琴, 朱守东.长螺旋干成孔泵压混凝土灌注桩施工技术与质量控制[J].建筑技术, 2004 (3) :28-29.

泵压分析篇5

1 饱和粉土的液化机理

饱和粉土液化的根本原因在于孔隙水压力的不断上升和聚集,当超孔隙水压力大于或等于土体单元的围压时便发生液化。从这个意义上讲,那些既能使孔隙压力提高又不能使其很快消散的土层才是最易发生液化的土层。所以粉土液化过程,实质上就是孔隙水压力发生、发展和消散的过程。

2 饱和粉土动三轴试验

2.1 动三轴试验概述

动三轴试验是从静三轴试验发展而来的,它是将一定密度和湿度的圆柱体试样(φ39.1mm×80mm)在轴对称的三轴应力下进行固结,固结完成后在不排水条件下作振动试验。测定动强度的方法是设定某一等幅动应力作用于试样进行持续振动,直到试样的应变值或孔压值达到预定的破坏标准值,试验终止。然后,根据应力、应变和孔压之间的相对关系,可以推求出土的各项动弹性参数及粘弹性参数,以及土样在模拟某种实际循环应力作用下所产生的性状。

2.2 试验样品和参数选择

试验的样品为某工程饱和粉土样,取样主要深度为8m～10m,试样的直径为39.1mm,高为80mm。试样制备均采用抽气饱和。

试验采用等压固结,固结应力比Kc=1,固结压力σ3分别为100kPa、150kPa和200kPa。

试验仪器是DDS-70微机控制电磁式振动三轴仪。动荷载按等幅正弦波形式施加,振动频率为1Hz。

该次实验的破坏标准:采用孔压标准和应变达到10%双重标准进行控制。

2.3 试验结果分析

2.3.1 动孔隙水压力随振动周次的变化情况

(1)围压为100kPa时孔压随振动周次曲线(见图1)。

(2)围压为150kPa时孔压随振动周次曲线(见图2)。

(3)围压为200kPa时孔压随振动周次曲线(见图3)。

由图1～图3可以看出,在施加循环应力后,最初阶段孔隙水压力急剧上升,后期阶段增长速率减慢,最终趋于稳定。这是由于粉土的渗透系数与细砂相比一般要小,故在振动开始时,孔隙水压力不易消散和转移,产生较大的体变势,致使初始孔隙水压力急剧上升,使土样的结构迅速破坏;因为粉土颗粒细小,有少量的粘粒存在,使粉土具有一定的结构强度和粘聚力,其结果是阻碍和限制了土体变势的增大,致使后期的孔压增长较缓慢,直至趋于稳定。

另外,无论振动多少次,当粉土达到破坏标准时,孔隙水压力并未发展到围压程度,即ud/σ3=1.0;当围压为100kPa,动孔隙水压力最大时,ud/σ3=0.90;当围压为150kPa,动孔隙水压力最大时,ud/σ3=0.55;当围压为200kPa,动孔隙水压力最大时,ud/σ3=0.55。这没有达到破坏标准规定的土体液化标准,引起试样破坏主要以变形破坏为主,即饱和粉土在循环荷载作用下结构发生破坏。通过试验还表明,围压越大,达到破坏标准需要的振动次数越多。

由动孔隙水压力随振次的发展曲线可以看出,孔压随振次可以用函数Y=a Inx+b来拟合。

2.3.2 动应变、动弹性模量、动剪切模量变化

根据循环振动三轴试验成果绘制的动应变随振次的变化图1～图7,可以得出,不论围压是100kPa、150kPa还是200kPa,随着振动次数的增大,土体的动应变逐渐增大,根据规定的破坏标准,土体在循环荷载作用下很快达到破坏标准。由动弹性模量Ed及剪切模量Gd随动应变变化图,可以得出结论:在同一固结应力比和相同侧向压力下,随着动应变增大,动弹性模量和动剪切模量逐渐减小。试验还表明,随着动应变增大,动剪应力减小。以上规律表明,研究粉土的动应力—应变关系符合非线性、滞后性的一般规律。

2.3.3 不同围压作用下破坏荷载

通过对试验数据分析可知,当动荷载小于某一量级时,无论振动多少次,动应变和孔压也达不到破坏标准,此荷载被称为破坏荷载。在不同的围压下,破坏荷载随围压的增大而增大。通过一组试样测试,得出围压分别为100kPa、150kPa、200kPa时,对应的破坏起始荷载分别为59kPa、86kPa、105kPa,由此可以看出这些数据呈线性关系。

3 长螺旋钻管内泵压CFG桩施工对饱和粉土的破坏机理

基于对长螺旋钻管内泵压CFG桩施工引起的质量问题和工程问题进行大量分析,并结合饱和粉土的动力特性试验的研究结果,对长螺旋钻管内泵压CFG桩施工引起工程问题的机理的分析,可通过几个过程来描述。

3.1 螺旋叶片对桩周土体的剪切扰动

在CFG桩施工过程中,螺旋叶片对桩周土体不断的切割作用,反复扰动,相当于施加了桩周土体循环荷载。根据饱和粉土动力特性试验研究,饱和粉土很容易遭到破坏,呈流塑状态,流动性增强,这就为土体和水向钻孔的流动方向创造了条件。

3.2 桩周土体和水向钻孔的方向流动

当饱和粉土受到螺旋叶片扰动,结构将发生破坏,土体中的水和土粒发生分离,孔隙水会朝着钻孔的方向移动,在土颗粒重新排列后,土体体积减小。当饱和粉土被螺旋叶片往上输送时,造成饱和粉土充不满螺旋叶片之间的空间形成临空面,也为桩周土体和水向钻孔方向移动提供了空间。

3.3 地面沉降、出现裂缝

由于水和部分土体向钻孔方向流动,必然会使桩周流动土层与上覆土层在水平方向形成虚脱或软弱层,这样上覆土体在不变自重应力作用下,便产生差异沉降,促使地面产生裂缝。裂缝的发生、发展和空间分布与饱和粉土层的工程特性、厚度、埋藏深度和地层组合及桩长、桩间距都有一定的关系。

4 长螺旋钻管内泵压CFG桩合理施工的控制措施

根据前面分析的长螺旋钻管内泵压CFG桩施工引起工程问题的机理和影响因素,结合工程实践经验,提出几项控制措施。

4.1 增大桩间距或采取跳打施工工艺

为防止空间顺序依次打桩时候,相邻桩以及桩间土的破坏效应的累积,也为减小孔压的积累效应,可以采取跳打施工工艺;或当建筑荷载和地层条件满足时,应尽量实施大桩距布桩,这和跳打的作用是相同的。