一种提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法与流程

技术特征：

1.一种提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：地基易塌孔土层层位深度、厚度及相关参数的测定；

步骤二：钻孔灌注桩塌孔层位致塌力与抗塌力的确定；

步骤三：强夯加固测试试验与塌孔层内摩擦角及黏聚力c′_i的测定；

步骤四：塌孔失稳判据准则与砂性土层塌孔临界内摩擦角的确定；

步骤五：黏性土层黏聚力c′_i与内摩擦角定量关系的确定及相关可靠性检验；

步骤六：强夯参数与相应塌孔层内摩擦角定量关系的确定及相关可靠性检验；

步骤七：地基强夯抗塌稳定性加固方法与参数的确定。

2.根据权利要求1所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤一中测定的参数包括：待加固处理地基的易塌孔土层层位深度z；厚度h_i；天然重度γ_i，地下水位以下取浮重度γ′_i；黏聚力c_i；内摩擦角第i层土的泊松比μ_i；地下水埋深Δl；测定钻孔桩机活动半径R；钻孔设计直径D₀；钻孔桩机钻杆直径D；钻孔桩机整机工作重量M₁及钻孔弃土质量M₂；钻孔桩机工作时的平均提钻速度v_z；测定护壁泥浆重度γ_x；泥浆液面高出水平地面的高度h；提钻过程中泥浆液面下降最大高度Δh。

3.根据权利要求1所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤二中钻孔灌注桩塌孔层位致塌力与抗塌力的确定方法为：

式中：γ_x----护壁泥浆重度，单位KN/m³

γ_w----水的重度，单位KN/m³

v_z----钻杆提升的平均速度，单位m/s

h----泥浆液面高出水平地面的高度，单位m

Δh----提钻过程中泥浆液面下降最大高度，单位m

Δl----地下水埋深，单位m

D₀----钻孔设计直径，单位m

D----钻孔桩机钻杆直径，单位m

z----塌孔深度，单位m；

式中：γ_j，γ_i----分别为第j层与第i层土的重度，单位kN/m³，其中j＝i+1

h_j----第j层土的厚度，单位m

M₁----桩机整机工作重量，单位kg

M₂----钻孔弃土质量，单位kg

R----钻孔桩机活动半径R，单位m

c_i----第i层土的黏聚力，单位kPa

g----重力加速度，一般取值为10m/s²

A----为第i层土体内摩擦角。

4.根据权利要求1所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤三中强夯加固测试试验步骤如下：

1)在待加固处理地基范围内确定至少3个强夯试验区，不同试验区的地层情况相似，并将试验区整平；为每个试验区确定不同的点夯夯击能量Q_i，任意两个不同夯击能量Q_i之间差值不低于1000kN·m；

2)进行第一遍点夯，夯点等间距分布，每次落锤后测量夯沉量，确保每个夯点最后两锤的平均夯沉量不大于h_沉；当夯击能≥8000kN·m时，h_沉＝200mm；当夯击能<8000kN·m时，h_沉＝100mm；夯坑回填及平整；

3)进行第二遍点夯，夯点等间距分布，且不与第一遍点夯的夯点重合，每次落锤后测量夯沉量，确保每个夯点最后两锤的平均夯沉量不大于h_沉；当夯击能≥8000kN·m时，h_沉＝200mm；当夯击能<8000kN·m时，h_沉＝100mm；夯坑回填及平整；

4)进行第一遍满夯，每夯点两击，夯点与夯点锤印搭接1/4-1/2，夯击能量采用1000-2000kN·m，夯坑回填及平整；

5)进行第二遍满夯，每夯点两击，夯点与夯点锤印搭接1/4-1/2，夯击能量采用1000kN·m；

6)强夯施工结束14-28天后，测定强夯后塌孔层位的内摩擦角与黏聚力c′_i。

5.根据权利要求1所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤四中：根据塌孔层的致塌力与抗塌力，确定土层的内摩擦角为抗塌补偿性物理力学指标与参数值，并建立其塌孔失稳判据准则，即当P_抗≥P_塌时，钻孔灌注桩孔壁稳定，当P_抗＜P_塌时，钻孔灌注桩孔壁破坏；

对于砂性土，黏聚力c′_i＝0，为保证钻孔灌注桩孔壁稳定，由P_抗≥P_塌确定砂性土层塌孔临界内摩擦角

式(3)中所涉及到的符号同式(1)和式(2)。

6.根据权利要求1所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤五的具体方法为：

1)根据多项式回归分析，确定强夯加固后塌孔层黏聚力c′_i与内摩擦角的定量相关关系如下：

式中：a₀、a₁、…、a_m是与c′_i无关的相关性系数，m是大于等于2的正整数；

其中，多项式回归评价方程相关性系数的确定步骤如下：通过不断增加自变量的高次项对实测值进行逐渐逼近，直至回归方程精度满足评价要求；

2)多项式回归评价方程相关可靠性分析如下：

相关指数0≤r²≤1，其值越接近于1，说明方程预测精度越高；当m＝2时，若r²≥α，方程符合精度要求，若r²＜α时，方程不符合精度要求，取一元多项式回归方程次幂m＝3，重新计算回归方程，若方程仍不符合精度要求，取一元多项式回归方程次幂取m+1，依次循环计算直至其相关指数大于α为止，α为设定值，一般α≥0.9。

7.根据权利要求1所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤六的具体方法为：

1)根据多项式回归分析，确定内摩擦角与夯击能量Q_i的变化规律与定量关系如下：

式中：b₀、b₁、…、b_p都是与无关的相关参数，p是大于等于2的正整数；

其中，多项式回归评价方程相关系数的确定步骤如下：通过不断增加自变量的高次项对实测值进行逐渐逼近，直至回归方程评价精度满足要求；

2)多项式回归评价方程相关可靠性分析如下：

$R^2=1-\frac{\mathrm{\&Sigma;}{(Q_i-{\hat{Q}}_i)}^2}{\mathrm{\&Sigma;}{(Q_i-\stackrel{\&OverBar;}{Q_i})}^2}---\left(21\right)$

相关指数0≤R²≤1，其值越接近于1，说明方程预测精度越高；当p＝2时，若R²≥β，方程符合精度要求，若R²＜β时，方程不符合精度要求，取一元多项式回归方程次幂p＝3，重新计算回归方程，若方程仍不符合精度要求，取一元多项式回归方程次幂取p+1，依次循环计算直至其相关指数大于β为止，β为设定值，一般β≥0.9。

8.根据权利要求1-7任一所述的提高灌注桩塌孔稳定性的强夯加固方法，其特征在于，步骤七的具体方法为：

1)对于塌孔层为砂性土层，则以塌孔层位抗塌补偿性指标内摩擦角值为依据，根据步骤六中塌孔层内摩擦角与夯击能量的回归方程和塌孔临界失稳判据准则，确保塌孔层位内摩擦角需满足即根据式(13)确定临界内摩擦角对应的强夯加固夯击能量Q_min；

2)对于塌孔层为黏性土层，则根据式(4)强夯加固后塌孔层黏聚力与内摩擦角的定量关系，确定不同内摩擦角与相应黏聚力值，并依次将与c′_i值带入式(1)、(2)，经过试算直至满足P_抗≥P_塌时，此时内摩擦角作为黏性土塌孔内摩擦角临界值并依据其内摩擦角临界值确定对应的强夯加固夯击能量Q_min；

3)根据步骤三中的强夯抗塌加固测定方法与相应抗塌强夯参数Q_min，对整个待加固地基进行强夯加固处理。