泥浆护壁单桩承载力计算及工艺优选

泥浆护壁单桩承载力计算及工艺优选

摘要：泥浆护壁单桩承载力计算和工艺优选系统是建立在西安地区大量工程试验数据和工程经验的基础上的一个模拟系统。它以西安地区大量的工程实例为平台，在对工程数据分析的基础上，建立各种施工工艺对单桩承载力影响的函数。该函数参考国家规范和原苏联的规范，实现对所有单桩承载力影响因素的线性整合，构建一个在施工工艺影响下的单桩承载力估算模型。本系统把大量的工程数据用数据库进行保存，专业技术人员通过用户界面对数据进行访问，实现优选成桩工艺、优选成孔工艺和优选后压浆工艺的功能，最终实现计算单桩承载力的理论值和实际值、预测工程事故和生成工程报表的功能。

关键词：泥浆护壁灌注桩；清孔系数；后压浆工艺；单桩承载力

前言

随着大规模建设工程的开展，桩基础日益成为软弱地基上的工业建筑、高层楼宇、码头、桥梁、重型储仓等工程项目经常使用的一种深基础型式。伴随着采用泥浆护壁的无套管桩的日益推广，沉渣、泥皮过厚造成桩基的承载能力降低，构成上部结构物产生沉降的隐患。鉴于泥浆护壁灌注桩在桩基中的重要地位，它广泛地应用于黄土地层中，研究其承载力的影响因素及其作用机理，并在一定程度上找到解决方法的紧迫性和重要性已不言而喻。

国内外专家对泥浆护壁灌注桩承载机理的研究仅仅在实验阶段，并没有形成成熟的理论和国家技术标准。目前，国内外还没有工程设计人员用数据库来实现对泥浆护壁灌注桩承载力进行模拟计算。本系统通过研究泥浆性能、成孔工艺、成桩工艺和桩型等因素对泥浆护壁灌注桩承载力的影响，其目标是找到各种因素的影响程度、相关性极其作用机理，建立各种因素对承载力影响的计算模型。本系统实现对施工工艺的优选和估算单桩的实际承载力，并为专业技术人员的设计和招投标提供参考。本系统还分析了后压浆技术对提高钻孔灌注桩承载力的作用机理，给今后后压浆设计和施工都提供一定的参考。本系统研究成功后，使桩基设计中可以尽量降低浪费，找到经济性与可靠性的最佳结合，为泥浆护壁钻孔灌注桩的设计提供可靠依据。

1 概述

1.1系统开发目的

系统中的所有数据都是来自西安地区钻孔灌注桩试验结果，通过本系统的快速模拟施工工艺为新建工程的快速设计提供设计依据，达到最优设计单桩承载力。从而节省工程造价，为工程招投标提供参考。

1.2 设计方案及开发工具

1.2.1设计方案

收集大量有关泥浆护壁成孔工艺钢筋混凝土灌注桩技术资料、数据，在分析和处理数据的基础上建立各种因素对承载力的影响关系的数据库。从高层逻辑模块上可以分为输入新建工程地质条件和工程条件模块、推荐最优施工工艺模块、选择最合适施工工艺模块、计算单桩承载力模块、预测工程事故模块和报表生成模块，以及后台的数据库。其中，推荐施工工艺模块、计算单桩承载力模块和预测工程事故模块是通过访问数据库中的数据来实现其功能的（如图1-1）。

图1-1 系统流程图

1.2.2开发工具

Visual Basic是Microsoft公司推出的一种面向对象的“可视化”Windows应用程序开发工具，它在语法上继承了Basic和Quick Basic的优点，具有使用方便、简单易学等特点，且功能强大，与其他开发工具有丰富的接口。Visual Basic在和Office等工具整合时遇到的问题(数据类型转化等)比Delphi/C++Builder要少得多。Micirosoft Access 关系型数据库是目前十分流行的一种桌面数据库，它是一个前后台结合的“软件”。具有使用简单，便于操作，处理数据量较大的特点[1]。

1.3系统功能介绍

(1) 根据新建工程的工程地质条件和工程条件，估算出单桩承载力；(2) 对桩端承载力和桩侧承载力的比较，判断出该桩土的受力特点；(3) 根据桩的受力，选择出成桩的压浆方法；(4) 在新建工程的工程地质条件和工程条件的基础上，选择出合适的成孔工艺、护壁泥浆的类型、清孔工艺、成桩工艺；(5) 针对新建工程的地质条件，推荐提高单桩承载力的工程措施；(6) 对工程地质条件和施工工艺，预测可能发生的工程事故；(7) 根据钻进工艺、清孔工艺和桩底沉渣厚度对单桩承载力的影响程度，计算出桩的承载力减少值；(8) 针对不同的受力类型，选择出后压浆方法。采用后压浆技术之后承载力提高数值。

1.4系统的优选问题

本系统是以新建工程的工程地质条件和工程条件为基础，从数据库中调用工程经验参数，通过系统的计算，优选最佳的施工工艺，估算出单桩的实际承载力，为工程设计人员提供参考和为现场的施工管理人员提前预测可能发生的工程事故。

2 系统总体设计

按照系统要实现的功能，把该系统分为以下八大模块，各个模块之间存在调用关系。

系统登陆模块：验证具有一定权限的用户登陆和使用该系统。

新建工程的地质条件模块：输入新建工程的工程地质条件，通过预览功能检查输入的工程地质条件是否正确。

优选成孔工艺模块：根据钻进方式选择合适的泥浆性能指标、泥浆的配比和推荐不同钻进方式对单桩承载力的影响度。

优选成桩工艺模块：根据不同的钻进方法选择合适的清孔工艺、沉渣厚度对单桩承载力的影响度。

优选后压浆工艺模块：判断桩的传力机理，推荐不同的后压浆方法，并且给出不同的处理方法对桩承载力的影响度。

计算单桩承载力：在工程地质条件和施工工艺选定的基础上，估算单桩的理论承载力、承载力损失量、承载力提高量和实际的单桩的承载力。

预测工程事故：根据新建工程的工程地质条件和所选用的钻进方法，预测可能发生的工程事故。

工程报表：把工程地质条件、所有的施工工艺参数和单桩的承载力以工程报表的形式打印出来。

通过用户登陆界面，进入“西安地区泥浆护壁钻孔灌注桩单桩承载力设计和优选施工工艺系统”，最终打印出一份包括推荐最优的施工工艺、估算单桩实际承载力的工程报表，并且对施工过程中可能发生的工程事故进行分析和预测。在计算单桩承载力过程中，需要输入新建工程的工程地质条件、优选成孔工艺、成桩工艺和后压浆工艺，其中的泥浆性能、钻进方法、泥浆配比、传递机理和后压浆技术是影响单桩承载力的核心因素。在预测工程事故过程中，对数据库的访问是通过新建工程的地质条件和优选的钻进方法来实现的（如图2-1）。

3系统开发中的核心技术

3.1 计算单桩承载力算法设计[5]

3.1.1本系统的核心问题就是计算单桩竖向极限承载力，首先采用《建筑桩基技术规范》JGJ94-9中5.2.9公式；

Quk＝Qsk＋Qpk＝uψsi qsilsi＋ψpqpkAp

式中：u－桩周长；Ap－桩端截面积；qsi－桩侧阻系数标准值；qpk－桩端阻系数标准值；lsi－第i层土的厚度；ψsi－大直径桩侧尺寸效应；ψp－大直径桩端尺寸效应。