土層性質(zhì)對(duì)鉆孔灌注樁孔徑變化的影響

沈麗麗，黎 瑋

(1．浙江金筑交通建設(shè)有限公司，杭州 310051；2．湖州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 湖州 313000)

土層性質(zhì)對(duì)鉆孔灌注樁孔徑變化的影響

沈麗麗1，黎 瑋2

(1．浙江金筑交通建設(shè)有限公司，杭州 310051；2．湖州市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，浙江 湖州 313000)

考慮了基于土體隨機(jī)場(chǎng)理論的土的相關(guān)距離，去除取樣子樣相互不獨(dú)立的影響，對(duì)鉆孔灌注樁實(shí)測(cè)成孔曲線進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。采用Grubbs方法去除異常點(diǎn)的影響，并根據(jù)隨機(jī)場(chǎng)理論求出均值和均值方差。最后根據(jù)K-S擬合分布檢驗(yàn)法進(jìn)行了分布檢驗(yàn)，并對(duì)以上過程所得結(jié)果進(jìn)行了分析討論。

鉆孔灌注樁；孔徑； 變異性

0 引 言

孔徑變異因素是分析鉆孔灌注樁豎向承載力的不可忽視的因素，在一定情況下可能會(huì)成為主要的影響因素。在不同的土層中，樁孔徑的變異特性是不同的，這與土的物理力學(xué)性能有關(guān)，同時(shí)也與施工工藝有密切的關(guān)系。在此前的研究中，比較多的學(xué)者把目光集中在施工成孔因素對(duì)其豎向承載力的影響，能夠?qū)︺@孔灌注樁豎向承載力造成影響的成孔因素主要體現(xiàn)在孔壁粗糙度、孔壁泥皮、孔底沉渣、成孔時(shí)間等方面。

對(duì)鉆孔灌注樁豎向承載力分析比預(yù)制樁更加困難，主要是因?yàn)楹茈y定量的估計(jì)施工因素對(duì)承載力的影響，而這種影響往往會(huì)造成難以預(yù)料的結(jié)果，同類樁基礎(chǔ)的豎向承載力會(huì)相差一倍左右。綜上所分析的一系列施工因素，最終也很大程度上表現(xiàn)在樁身尺寸的不確定性，而樁身尺寸的不確定性又集中表現(xiàn)在樁徑的變異。在諸多不確定性因素的影響下，樁徑的變異性是不可忽略的。雖然這些施工因素的不確定性很難定量估計(jì)，但是當(dāng)把土層因素的影響考慮在內(nèi)時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，在同一土層，施工工法、施工條件相同的情況下，孔徑的變異是有其分布規(guī)律的，因此其孔壁粗糙度、泥皮厚度、沉渣厚度也是有一定規(guī)律可循的。

鉆孔灌注樁孔徑的變異性不僅受地質(zhì)情況、鉆孔深度的影響，還與施工方法、施工設(shè)備等因素相關(guān),不同的鉆機(jī)類型會(huì)影響成孔的粗糙度和灌注樁的承載性狀，當(dāng)采用正循環(huán)方式成孔時(shí)，GPS-10型鉆機(jī)成孔的孔徑大易坍孔，GPS-15型鉆機(jī)的穩(wěn)定性好，孔壁成鋸齒樁，有利于側(cè)摩阻力的發(fā)揮；采用反循環(huán)成孔，孔壁較光滑，對(duì)于以摩擦樁和端承摩擦樁為主的地區(qū)，不利于承載力的發(fā)揮；但由于泥漿正循環(huán)的特點(diǎn)，泥漿比重、粘度的增加會(huì)使泥皮加厚，平均孔徑、孔壁平均粗糙度都會(huì)減小，泥漿比重、粘度的增加對(duì)深部土層的影響比對(duì)上部土層影響大。施工時(shí)，在能保證清孔質(zhì)量和孔壁穩(wěn)定的情況下，盡量減小泥漿的比重和粘度。隨著鉆頭直徑的增大，孔徑的擴(kuò)大值會(huì)減小，中下部的土層的孔徑擴(kuò)大值小于上部土層，這一現(xiàn)象在選取鉆頭直徑時(shí)應(yīng)引起足夠重視，確保孔徑大小滿足設(shè)計(jì)要求。本文將收集到的某住宅工程的實(shí)際測(cè)孔數(shù)據(jù)(共688根鉆孔灌注樁)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以求得到孔徑變異性。

1 孔徑變異性的統(tǒng)計(jì)方法

1.1 異常點(diǎn)去除

目前常用的剔除異常數(shù)據(jù)的方法主要有三倍標(biāo)準(zhǔn)差判別法(又稱拉依達(dá)/Pauta準(zhǔn)則)、小概率時(shí)間判別法(又稱肖維耐/Chauvenet準(zhǔn)則)、端值判別法(又稱格拉布斯/Grubbs方法)、t檢驗(yàn)準(zhǔn)則法以及非參數(shù)方法(又稱狄可遜/Dixon方法)等。以往的研究表明，Grubbs方法的檢驗(yàn)效果較好且與其他各個(gè)檢驗(yàn)方法的一致性最佳。

Grubbs先后于1952、1969年發(fā)表這一方法，設(shè)測(cè)定值是正態(tài)分布X=N(μ，σ)，X的隨機(jī)子樣為x1,x2,……,xn?，F(xiàn)按照子樣的測(cè)試數(shù)據(jù)由小到大排列如下：

x1,x2,……，xn

設(shè)x1,xn，為過小、過大的數(shù)值，即可懷疑的異常數(shù)據(jù)，則可按Grubbs方法判定異常數(shù)據(jù)。

(1)計(jì)算舍棄值得臨界值T

(2)選定危險(xiǎn)率α

當(dāng)按照Grubbs方法造成錯(cuò)判時(shí)，其錯(cuò)判的危險(xiǎn)率為α。一般常用的α為5%或1%。其概率意義是，當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)在服從正態(tài)分布的條件下，

(1)

(3)異常數(shù)據(jù)判定

當(dāng)Ti≥T(n,α)，則相應(yīng)的xi是可懷疑的異常數(shù)據(jù)，應(yīng)從子樣數(shù)據(jù)中剔除；反之，當(dāng)Ti

(4)多個(gè)異常數(shù)據(jù)的情況

在一個(gè)子樣(一組數(shù)據(jù))中存在多于一個(gè)的異常數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)依測(cè)定值與平均值的差值，按大小順序逐個(gè)判定、剔除，直到不再有異常數(shù)據(jù)。

1.2 相關(guān)距離的確定

高大釗(1996) 通過對(duì)不同土性參數(shù)求得的相關(guān)距離的比較，指出對(duì)于同一土層來說，不同土性參數(shù)之間具有十分接近的相關(guān)距離值。因此，可以應(yīng)用前人通過靜力觸探比貫入阻力曲線求得的相關(guān)距離，進(jìn)行其他指標(biāo)空間均值方差的計(jì)算，這里同樣可以應(yīng)用其進(jìn)行孔徑數(shù)據(jù)指標(biāo)的計(jì)算，如表1所示。

表1 典型土層相關(guān)距離計(jì)算表

1.3 孔徑統(tǒng)計(jì)方法

(1)對(duì)一根樁成孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

(2)對(duì)一個(gè)場(chǎng)地樁基成孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)

1.4 擬合優(yōu)度檢驗(yàn)

在大樣本容量時(shí)，一般來說χ2(Chi_Square)法、K_S(Kolmogorov_Smirnov)法、K(Kuiper)法、C_M(Cramer_Von Mises)法、W(Watson)法、S(Shcrman)法、A_D法等檢驗(yàn)方法得到的最優(yōu)分布是一致的，本文采用K_S法來進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。

K_S檢驗(yàn)法取統(tǒng)計(jì)量：

D+=max(1≤i≤n)[i/n-F(xi)]

(2)

(3)

D=max(D+，D-)

(4)

當(dāng)D

2 孔徑變異性的統(tǒng)計(jì)規(guī)律

綜上所述，采用Grubbs方法進(jìn)行異常點(diǎn)去除，根據(jù)相關(guān)距離進(jìn)行取樣，依照上述方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)參數(shù)確定，并用K_S法進(jìn)行擬合分布檢驗(yàn)，最終得到如下表2所示結(jié)果。

表2 某住宅工程各場(chǎng)地實(shí)測(cè)成孔數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

3 孔徑變異性的分析

從表2中可以看到，隨著土層的不同，埋深不斷加深，鉆孔灌注樁的平均孔徑、孔徑標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)都有變化，并且都在逐步減小。圖1～圖3為6個(gè)場(chǎng)地的孔徑統(tǒng)計(jì)情況。

圖1 各場(chǎng)地不同土層中平均孔徑

圖2 各場(chǎng)地不同土層中孔徑標(biāo)準(zhǔn)差

圖3 各場(chǎng)地不同土層中孔徑變異系數(shù)

結(jié)合已有的研究經(jīng)驗(yàn)，淺層土層一般為填土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。這些土層的形成歷史時(shí)期較短，固結(jié)不充分，土層穩(wěn)定性較差。且由于淺部土層受施工和地面等擾動(dòng)較嚴(yán)重，因此這一部分土層中，鉆孔灌注樁成孔孔徑表現(xiàn)出不規(guī)律、離散型較大。由于孔壁土的不穩(wěn)定，局部小范圍孔壁塌陷的發(fā)生導(dǎo)致了這一部分土層中平均孔徑超出設(shè)計(jì)值5%～10%。但由于這部分埋深較淺，對(duì)鉆孔灌注樁側(cè)摩阻力的影響不大。

對(duì)于同一土層，鉆頭直徑越小，孔徑的擴(kuò)大值越大。其原因是采用小直徑的鉆頭穩(wěn)定性差，大直徑鉆頭受到的孔底和側(cè)面壓力大，鉆進(jìn)速度隨土深和孔徑的變大而減慢，鉆進(jìn)越平穩(wěn)，對(duì)土層擾動(dòng)越小。而同一直徑鉆頭對(duì)不同土層的比較來看，隨著土層的加深，孔徑的擴(kuò)大隨之減小。

從圖中，我們還可以看出，隨著土層埋深的不斷加深，孔徑數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)不斷減小，表明孔徑隨著土層埋深加深逐步趨于穩(wěn)定?？讖狡骄狄搽S之減小，最終穩(wěn)定在820mm左右，表明深層土受施工及地面擾動(dòng)因素影響較小，孔徑趨于穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

(1)鉆孔灌注樁的孔徑隨著土層埋深的加深，平均孔徑和變異性都逐步縮小，并趨于穩(wěn)定。

(2)淺部土層的孔徑表現(xiàn)出不規(guī)律、離散型較大。由于受地面影響較大，孔壁土的不穩(wěn)定，局部小范圍孔壁塌陷的發(fā)生導(dǎo)致了這一部分土層中平均孔徑超出設(shè)計(jì)值5%～10%。但由于這部分埋深較淺，對(duì)鉆孔灌注樁側(cè)摩阻力的影響不大。

(3)各層土中孔徑的分布均服從正態(tài)分布。

(4)以此為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步進(jìn)行鉆孔灌注樁考慮孔徑影響的豎向承載力的可靠度分析，得到孔徑對(duì)可靠度的影響。

[1]薛金賢.鉆孔灌注樁孔徑變化規(guī)律研究[D].上海:上海同濟(jì)大學(xué),2007.

[2]樓曉明,戴仁厚,張一鳴.孔壁形狀對(duì)鉆孔灌注樁承載特性的影響[J].工程勘察,1998,(2):6-9.

[3]高大釗.巖土工程設(shè)計(jì)安全度指標(biāo)及其應(yīng)用[J].工程勘察,1996,(1):1-6.

[4]朱登峰,高大釗.土性平穩(wěn)隨機(jī)場(chǎng)的空間統(tǒng)計(jì)特性分析[J].巖土力學(xué),2003,24(3):455-457.

收稿日期：2013-11-22

Research on Impact of Soil Conditions on the Variation of Pile Diameter of Bored Pile

SHEN Li-li1，LI Wei2

(1．Zhejiang Golden Construction Traffic Construction Co., Ltd, Hangzhou 310051,China；2．Huzhou Urban Planning and Design Research Institue,Huzhou 313000,China)

Based on the random field theory of soil, the coherence distance is taken into consideration to eliminate the influence from the mutual dependence among the samples. The measured values of bored pile diameter are analyzed. Grubbs method is employed to delete the exceptional data points and the mean and the deviation of the data is got through the random field theory. Finally, K-S method is used to survey the distribution of the data and some further analysis is made based on the process.

bored pile; pile diameter;variability

2014-01-17

沈麗麗(1982-)，女，浙江蕭山人，工程師，E-mail：slllfp@126.com。

TU473.14

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2014.01.003

1671-234X(2014)01-0010-05