一种钻孔灌注桩地基塌孔风险的评价方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钻孔灌注粧孔壁稳定性分析与评价及防治领域，具体涉及一种钻孔灌 注粧地基塌孔风险的评价方法与应用。
【背景技术】
[0002] 在中国东南沿海地区广泛分布着海相、湖相以及河相沉积的软弱黏性土层，含水 量大、强度低、压缩性高、透水性差、埋藏深厚是该类土的特点，在荷载作用下会产生相当大 的沉降和沉降差，其承载力和稳定性也往往不能满足工程要求，因此灌注粧成为该地区地 基处理的常见方式。然而，钻孔灌注粧孔壁失稳问题是钻孔灌注粧的施工过程中普遍存在 并一直备受困扰的重大工程问题，在施工过程中稍有不慎，极易发生缩径、塌孔等工程质量 事故。钻孔灌注粧孔壁坍塌破坏一直是影响和决定钻孔灌注粧工程质量与施工进度的关键 因素与难题，并已逐渐成为很多大孔径钻孔灌注粧工程质量与施工进度的"瓶颈"。
[0003] 钻孔灌注粧孔壁土体不稳定的形成、发展并最终导致孔壁坍塌是一个非线性、复 杂的系统变化过程，不仅与地区的工程地质背景条件和施工工艺条件等存在着密切的相关 关系，而且又往往取决于影响孔壁稳定性的各种因素的综合作用。但是，上述致塌因素对孔 壁坍塌的作用大小与影响程度又各不相同，其致塌因素不仅众多，而且构成与致塌机理和 作用规律极其复杂，各因子贡献大小不同；其中某些因子相互间存在一定的联系；因子的描 述方式多样化(定性、半定量、定量多种形式）；因子信息随机、模糊且不确定，钻孔灌注粧孔 壁稳定性与塌孔风险的评价就是一个多因素、多指标的复杂的评价过程，不能单纯地用好 与坏来区分与评价，因此，如何综合考虑多种因素对孔壁稳定性的影响，客观、全面、准确地 对工程区域钻孔灌注粧施工孔壁稳定性及塌孔风险进行综合分析与评价，有效的确定塌孔 的主要防治区域和优化防治方案，不仅具有重要的理论意义还具有重大的实际工程应用价 值。
[0004] 目前，国内外还没有成熟的对工程区域钻孔灌注粧孔壁稳定性与塌孔风险的评价 理论和方法。总体来说，目前国内外钻孔灌注粧孔壁稳定性研究和分析评价领域的主要代 表性方法可以分为三类:一是利用力学分析模型，通过分析各个影响因素条件下孔壁周围 应力的分布，推导出了钻孔灌注粧施工过程中孔壁稳定性与孔壁坍塌影响因素之间的关 系，并最终提出相应的孔壁防塌技术措施。但是这种方法需要建立在比较多的假设之上且 很难将定性的影响因素考虑进去;二是利用有限元软件，对影响孔壁稳定性的各个因素进 行模拟分析，定性的判别钻孔灌注粧孔壁稳定性，并根据孔壁稳定性的影响因素提出治理 措施。但是该方法只是针对指定的工程或区域内孔壁坍塌影响因素的分析及稳定性的评 价，而无法得出一个统一的分析方法，很难推广使用，具有一定的局限性;三是以通过统计 数据对单个致塌因素进行分析与评价。该类方法不足之处是只能对定量致塌因素进行建模 分析，无法对定性致塌因素进行综合分析与评价，不能客观、全面、准确地对工程区域钻孔 灌注粧施工孔壁稳定性及塌孔风险进行综合分析与评价，对钻孔灌注粧塌孔问题的防治的 指导具有局限性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术中存在的技术问题，提供一种钻孔灌注粧地基 塌孔风险的评价方法，该方法基于模糊数学理论的基本原理，建立一种通过多因素分析判 另IJ，对灌注粧孔壁稳定性与塌孔风险进行分析与评判的模糊综合评价方法，进而对工程区 域钻孔灌注粧塌孔风险等级进行划分与评价，为不同钻孔灌注粧塌孔风险等级分区采取有 针对性的塌孔防治优化措施及方案提供了依据。
[0006] 为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
[0007] 模糊数学理论在钻孔灌注地基塌孔风险评价中的应用。
[0008] 一种钻孔灌注粧地基塌孔风险的评价方法，包括如下步骤：
[0009] 1)钻孔灌注粧评价区域的确定及评价单元的划分；
[0010] 2)评价区域工程地质与水文地质参数的勘测与确定，将各参数的实测数据进行记 录，这些参数包括定量评价指标和定性评价指标；
[0011] 3)确定定量评价指标和定性评价指标的钻孔灌注粧孔壁塌孔风险模糊综合评价 分级标准值；
[0012] 4)采用超标倍数赋权法确定各评价指标的权重，并根据每个评价指标的权重建立 每个评价单元的权重矩阵；
[0013] 5)选用隶属函数，将每个评价单元的评价指标实测值及其评价分级标准值代入隶 属函数，分别求解每个评价指标对应的不同塌孔风险等级的隶属度值，并确定每个评价单 元评价指标的隶属度模糊矩阵；
[0014] 6)根据每个评价单元的权重矩阵和隶属度模糊矩阵计算每个评价单元灌注粧孔 壁稳定性与塌孔风险等级隶属度矩阵；
[0015] 7)根据最大隶属度原则，确定每个评价单元的灌注粧孔壁稳定性与塌孔风险等 级，并确定灌注粧工程场区施工塌孔不同防治等级的分区。
[0016] 优选的，步骤1)中，钻孔灌注粧评价区域的确定及评价单元的划分方法，包括如下 步骤：
[0017] 首先根据钻孔灌注粧工程施工平面布置图确定钻孔分布区域，划定钻孔灌注粧孔 壁稳定性与塌孔风险评价区域的边界，然后将塌孔风险评价区域等分成N个aXa的正方形 评价单元。
[0018] 优选的，步骤2)中，在每个评价单元分别布设勘探点，勘探深度至中风化岩层。
[0019] 进一步优选的，定量评价指标包括:C1:砂土层厚度，C2:砂层占土层比例（％)，C3: 砂层平均标贯度，C4:砂土相对密度，C5:砂土平均粒径，C6:砂土不均匀系数，C8:钻孔设计深 度，C 9:地下水位变幅，C1Q:地下水位埋深;定性评价指标包括:C7:钻孔土层结构。
[0020] 优选的，步骤3)中，定量评价指标的分级标准值的确定，包括如下步骤：
[0021] 将步骤2)中测得的该项指标的最大值与最小值之间的数值等分，并从中选取3个 中间值作为该项指标钻孔灌注粧孔壁塌孔风险模糊综合评价的分级标准值，Μ; A2 ;A3，其中 Αι到A3依次增大；
[0022] 与孔壁稳定性正相关的定量评价指标(：2工3、〇4、(：1()对应的塌孔低风险、中风险、高 风险分级标准分别为4 13;仏2;仏1;与孔壁稳定性负相关的定量评价指标(：1、(： 5、(：6、(：8、(：9对应 的塌孔低风险、中风险、高风险分级标准分别为ai1;ai2;ai3;
[0023] C7钻孔地层结构，根据土层夹层复杂程度对其属性进行赋值，砂土中不含有黏土 夹层的其复杂程度定义为一般，赋值为1;含有1-2层黏土夹层的定义为较复杂，赋值为2;含 有3层及以上黏土夹层的定义为复杂土层，赋值为3,即塌孔低风险、中风险、高风险分级标 准分别为1、2、3。
[0024] 进一步优选的，步骤3)中，将步骤2)中测得的该项指标的最大值(Ci(max))与最小值 C1(_)之间的数值4等分，并从中选取3个中间值作为该项指标钻孔灌注粧孔壁塌孔风险模 糊综合评价的分级标准值，A 1;A2;A3的计算公式如下：
[0028]优选的，步骤4)中，第i个影响因子权重（ω )的计算方法如下：
[0031]式中：ωι-第i个塌孔风险因子的权重值;Q-第i个影响因子的实测值Α-第i 个塌孔风险因子的三个评价等级的分级标准值，?一第i个塌孔风险因子的三个评价等级 的分级标准值的算数平均值。
[0032] 进一步优选的，步骤4)中，第η个评价单元的权重矩阵为
[0033] ω η= [ ω 1 ω 2 ω 3 …ω 10] (6)。
[0034] 优选的，步骤5)中，隶属函数为抛物型隶属函数，具体公式如下：
[0035] rn = IF(Xi > Ai2,0, (IF(Xi > An, ((Ai2-Xi)/(Ai2-Aii))3, (IF(Xi<Aii, 1))))) (7.1)
[0036] ri2 = IF(Xi>Ai3，0，（ IF(Xi 2 Ai2，（（Ai3-Xi)/(Ai3-Ai2) )3，（ IF(Xi 2 An，（（Xi-Au)/ (Ai2-Aii))3,(7.2)
[0037] (IFUKAu，0，""）））））））
[0038] ri3= = IF(Xi 2 Ai3，1，（IF(Xi 2 Ai2，（（Xi-Ai2)/(Ai3-Ai2) )3，（IF(Xi〈Ai2，0))))) (7.3),
[0039] 式中每个评价单元的某个评价指标的实测值；
[0040] m、ri2、rl3分别为第i因子对应的低风险