测定钻孔灌注桩孔壁致塌影响因素的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及固定建筑物和测试测量技术领域，涉及在灌注粧孔过程中对粧孔壁致 塌影响因素的判断，具体涉及一种测定钻孔灌注粧孔壁致塌影响因素的方法。
【背景技术】
[0002] 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"。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。
[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，其中，其致塌影响因素可划分为定量致塌因素和定性致塌因素。因此，如 何测定其致塌因素的影响程度与作用的大小，找出和查清钻孔灌注粧塌孔的主要因素和次 要因素，确定各致塌因素中塌孔形成的决定性因素与条件，对于钻孔灌注粧塌孔风险的定 量分析与评价及稳定性预测，有效的确定塌孔的主要防治因素和防治方案的优化将具有重 要的应用价值与意义。
[0004] 目前，国内外还没有成熟的确定孔壁坍塌影响因素的有效定量评价方法。总体来 说，目前国内外在钻孔灌注粧孔壁稳定性影响因素研宄和分析评价研宄领域的主要代表性 方法可以分为三类：
[0005] 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；
[0006] 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；
[0007] 三是以统计学、运筹学、系统学等学科综合交叉的定量、半定量方法。该方法是通 过统计数据建立模型，利用模型对致塌因素进行定量分析，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分析与评价，因此得出模型与实际的 塌孔存在差距，导致量化指标与实际误差较大，条件不同得出结果不同，预测效果往往不理 想，影响对钻孔灌注粧塌孔进一步的治理。
[0008] 鉴于目前孔壁坍塌影响因素评价方法所存在的局限与不足，本发明拟运用数量化 理论基本原理，将所有孔壁坍塌定性和定量致塌因素对孔壁稳定性的作用与影响进行了定 量分析与评价，以此建立了塌孔的定性和定量致塌因素相关性评价模型，从而可确定塌孔 的主要致塌因素和次要致塌因素。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是针对目前孔壁稳定性与坍塌评价方法所存在的局限与不足，提供 了一种测定钻孔灌注粧孔壁致塌影响因素的方法，本发明能够确定塌孔的主要致塌因素和 次要致塌因素，为钻孔灌注粧塌孔风险的预测与有效优化防治措施及方案的确定提供了设 计依据。
[0010] 为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] 一种测定钻孔灌注粧孔壁致塌影响因素的方法，包括以下步骤：
[0012] (1)确定塌孔测试研宄区域；
[0013] (2)采集塌孔测试研宄区域的钻孔几何要素并计算钻孔的理论体积Vi和实际体积
[0014] (3)确定塌孔定性因素和定量因素并分别给予定性因素和定量因素定义；
[0015] 设塌孔的定性影响因素为δ i，δ 2，…Sm，设塌孔的定量因素为Xl，x2, X3，…，Xh;
[0016] (4)确定致塌反应矩阵；
[0017] (5)确定钻孔塌孔率和塌孔基准变量；
[0018] 将第i (i = 1~ρ)个钻孔孔壁坍塌体积V_fii和理论体积V i之比定义为塌孔率， 塌孔率即为塌孔基准变量；
[0019] (6)建立塌孔致塌因素相关性评价方程；
[0020] (7)对致塌因素相关性评价方程进行精度评价；
[0021] 应用相关性评价方程的复相关系数、对塌孔致塌因素相关性预测方程评价精度进 行分析和评价；
[0022] (8)分析和评价各塌孔致塌因素的影响程度和作用大小，确定出塌孔的主要致塌 因素和次要致塌因素。
[0023] 本发明的根本特点是在分析塌孔产生的泥浆因子、泥浆液面的相对高度、孔口超 载、地下水因子、成孔的时间等定量致塌因素和定性致塌因素量化的基础之上，利用数量化 理论基本原理，将所有定性和定量致塌因素对塌孔的作用与影响进行了定量分析与评价， 以此为基础，建立了塌孔的定性和定量致塌因素相关性评价模型，实现了定性因素和定量 因素到定量变量的转化，完成了定性和定量致塌因素对孔壁坍塌的致塌程度和作用大小的 定量分析与评价，从而可确定塌孔的主要致塌因素和次要致塌因素，为钻孔灌注粧塌孔风 险的预测与有效优化防治措施及方案的确定提供了设计依据。
[0024] 进一步地，所述的步骤（2)包括以下步骤：
[0025] 1)根据步骤（1)确定的塌孔测试研宄区域，在该区域内对所有出现塌孔现场的粧 位进行几何要素的测量，采用井径仪对钻孔孔壁的变化做实时记录，测定孔壁的横向位移 变化，并将数据记录录入Excel表格中；
[0026] 2)根据各个钻孔的设计半径Di和实际深度H i，确定各钻孔的理论计算体积Vi，再 根据记录的横向位移的变化值，计算出钻孔的实际体积K ;
[0027] 3)步骤2)中的计算公式为：
[0028] ①钻孔的理论体积
[0029] 若钻孔的设计的半径为Di和实际深度为H i，则其钻孔的理论体积为：
[0030] Vi= JiDi2Hi (1)
[0031] ②钻孔的实际体积
[0032] 根据实测钻孔半径平均值万7及实际深度Hi，可以确定其钻孔的实际体积为：
[0033] Vi=TiDrHi (2)
[0034] 进一步地，所述的步骤（3)包括以下步骤：
[0035] 1)塌孔致塌因素的确定遵守的原则为：
[0036] ①所确定的因素应该具有代表性，且与钻孔孔壁稳定性具有密切关系；
[0037] ②各因素具有相对独立性，相互关联性较小；
[0038] ③致塌因素可分为定性致塌因素和定量致塌因素；
[0039] 定性因素是指只能定性描述，不可量化或不易量化的致塌因素；定量因素是指可 以定量评价的致塌因素。
[0040] 2)根据步骤1)所述的原则，其定性致塌因素和定量致塌因素及其赋值方法如下：
[0041] ①定性致塌因素为：地层性质与结构，孔口超载，软弱层，机械碰撞，泥浆循环方 式…；
[0042] 将定性致塌因素定义为塌孔的定性变量δ i，δ 2，…δ m，共m个；
[0043] 第一个定性影响因素31有1*1个定性评价取值，c n，c12，…，clrt;
[0044] 第二个定性因素 δ 2有r 2个定性评价取值，c 21，C22，…，c&2;
[0045] 第m个定量变量δ虞r m个定性评价取值，c ml，cm2，…，cmrm; m
[0046] 令= a，则总共有a个定性评价取值； 7=1
[0047] 根据以上定义，称 δ 丨（」，1〇 (i = 1，2，...，p ;j = 1，2，".,Iibk = 1，2，…，r」）为 j定性因素的k定性评价取值在第i组数据中的反映，并按下式确定：
[0048]
【主权项】
1. 一种测定钻孔灌注粧孔壁致塌影响因素的方法，其特征在于：包括以下步骤： (1) 确定塌孔测试研宄区域； (2) 采集塌孔测试研宄区域的钻孔几何要素并计算钻孔的理论体积Vi和实际体积K; (3) 确定塌孔定性致塌因素和定量致塌因素并分别给予定性致塌因素和定量致塌因素 定义； 设塌孔的定性致塌因素为δ 2，…δ m的定性变量，设塌孔的定量致塌因素为Xl，x2， X3，"^Xh的定量变量； (4) 确定致塌反应