巖土工程勘察中樁基使用技術(shù)改進(jìn)研究

田澤潤(rùn)

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，甘肅 蘭州 730000）

我國(guó)的巖土工程勘察技術(shù)目前采用傳統(tǒng)人工與數(shù)字信息技術(shù)相結(jié)合的工作模式[1]，其中對(duì)于樁基的應(yīng)用十分廣泛，在樁基使用技術(shù)的發(fā)展過程中，根據(jù)軟土層、硬土層等不同土層的分布采用不同的樁基技術(shù)，對(duì)于樁基的新型研究不斷的發(fā)展，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)新型GRF(Geo-Reforcement Foundations)樁基技術(shù)，將瞄桿插入土中，形成樁與土一體結(jié)合的承重模式。本文主要從三個(gè)方面研究巖土工程樁基技術(shù)的使用改進(jìn)情況，根據(jù)不同的巖土層設(shè)計(jì)相應(yīng)的樁基承重?cái)?shù)值，從而保護(hù)周邊土層不被破壞，再以特殊的地區(qū)模擬挖掘參數(shù)，設(shè)置截面異形樁[2]，應(yīng)用于不同構(gòu)造的土層，以發(fā)揮土層和樁基的最大潛力，在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，將綠色環(huán)保技術(shù)融入到樁基的設(shè)計(jì)與使用當(dāng)中，使挖掘的廢料泥漿結(jié)合新型處理系統(tǒng)，將其進(jìn)行分離處理，進(jìn)行二次利用，以此減少成本，加快工作效率。

1 分析巖土工程樁基承重性

在研究巖土工程勘察過程中的樁基技術(shù)中，最重要的是確定土層的承重能力，以此來設(shè)計(jì)樁基的參數(shù)值，在最早的樁基技術(shù)中，針對(duì)周邊土層構(gòu)建的地質(zhì)條件并沒有過多重視，由此出現(xiàn)了某些意外事故，人員傷亡的同時(shí)還會(huì)造成項(xiàng)目延期與成本過高的不足，因此在后續(xù)的樁基技術(shù)發(fā)展中，加強(qiáng)了樁基承重性這一設(shè)計(jì)研究，以此減少意外事故的發(fā)生。

在針對(duì)巖土層或其他土層的研究設(shè)計(jì)中，首先要根據(jù)相關(guān)的地質(zhì)條件進(jìn)行勘察研究，例如不同的土層承重能力也不一樣，土層一般分為：填土、粉質(zhì)粘土、淤泥、淤泥質(zhì)土、中砂、卵石以及全風(fēng)化花崗巖等[3]，相應(yīng)的承重能力也越來越強(qiáng)，主要針對(duì)粉質(zhì)粘土進(jìn)行研究，粉質(zhì)粘土屬于干強(qiáng)度中等，一般沒有搖震反應(yīng)的影響，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試得出，實(shí)際擊數(shù)為7.00~24.00擊，以此進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄，多次確認(rèn)數(shù)據(jù)無誤后，可通過信息數(shù)據(jù)化的技術(shù)，對(duì)土層的參數(shù)進(jìn)行三維模型構(gòu)建，以此根據(jù)模型來設(shè)計(jì)樁基的構(gòu)建方案，確立樁基的設(shè)計(jì)方向，初成品是試驗(yàn)樁，根據(jù)試驗(yàn)樁的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)再確定二次修改，再經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)，最終設(shè)計(jì)出可以實(shí)地應(yīng)用的樁基，這樣樁基的承重性就得到了保證，整體的工作流程從思路到實(shí)驗(yàn)再到最終的完工，過程思維緊密、清晰，大大降低了意外事故發(fā)生的概率，下圖為一次試驗(yàn)中，針對(duì)試驗(yàn)樁模擬進(jìn)行的Q-s承重曲線。

圖1 試驗(yàn)樁靜載實(shí)驗(yàn)Q-s曲線

同時(shí)根據(jù)以往發(fā)生的事故對(duì)樁基進(jìn)行人為加固，由此了提出在樁基的兩側(cè)與頂端進(jìn)行注漿，以此產(chǎn)生補(bǔ)強(qiáng)加固的作用，該方案設(shè)計(jì)合理有效，又減少了損失成本。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，樁基在垂直承載的情況下，樁基頂部的受力過于集中，從而造成了混凝土的承受最大值，導(dǎo)致了樁基柱身的混凝土碎裂，因此建議在設(shè)計(jì)樁基的柱身時(shí)應(yīng)加入本身強(qiáng)度因素的考慮和承重極限。得出樁基的模擬性試驗(yàn)除了設(shè)計(jì)相關(guān)的承重能力，還應(yīng)考慮更加全面的實(shí)驗(yàn)變量因素。

在設(shè)計(jì)樁基的過程中，研究發(fā)現(xiàn)了一種新型的設(shè)計(jì)方法，將整個(gè)設(shè)計(jì)過程分為兩個(gè)主要部分：前者不僅要根據(jù)模擬數(shù)值確定出最佳承重的柱身數(shù)量，還要包含樁的長(zhǎng)度直徑，從整體方面滿足土層與上方建筑物的上升與降低，同時(shí)還要滿足承重的需求；后者是以有限元計(jì)算和土性參數(shù)為基礎(chǔ)，以有限元計(jì)算軟件ANSYS作為計(jì)算工具，加入此前多次模擬的地質(zhì)條件的數(shù)值，以此建立了樁基與建筑物的3D模型，形成土層與建筑物之間相連的模擬動(dòng)態(tài)景象，同時(shí)完成三者一體性的參數(shù)計(jì)算，在計(jì)算過程中需要精確的數(shù)值，對(duì)最終樁基的設(shè)計(jì)是不可缺少的。

2 樁基使用技術(shù)改進(jìn)方法設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)建新型截面異形樁

傳統(tǒng)的樁基類型的發(fā)展主要包括：?jiǎn)渭兊慕孛娴闹睆阶兓⒔孛嫘螤罡暮团c土層接觸面大小的變化，通過這三種原則的變更而達(dá)成不同的要求目的，這些類型基本上是在橫截面的直徑中，通過鉆孔位置的更改，再加入一定工程技術(shù)的設(shè)計(jì)，將整體柱身進(jìn)行多種形態(tài)的變化，以此達(dá)到設(shè)計(jì)目的，減少材料成本[4]。截面異形樁是一種特殊的樁基類型，主要是根本當(dāng)?shù)厍闆r不同，來設(shè)計(jì)與其相適應(yīng)匹配的橫截面樁基。

截面異形樁主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①變更樁基整體的橫截面，在科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，得到最佳的承重效果，在原有基礎(chǔ)上增加強(qiáng)度；②柱身的橫截面大多數(shù)都不是軸對(duì)稱圖形的，主要是因?yàn)楸旧淼目箟耗芰τ幸欢ǖ闹付ǚ较颍栽O(shè)計(jì)的過程中，一般將樁基的最大的承重能力屬于彎曲的一面與實(shí)際承受力的方向設(shè)計(jì)在同一水平面上，這樣可以發(fā)揮出樁身材料的最好效果，還能達(dá)到節(jié)約成本的目的；③將樁身的側(cè)面整體進(jìn)行二次改造，增加摩擦阻力，在下沉過程中能夠最大幅度地扎緊底層泥土，達(dá)到鞏固的效果。

在截面異形樁的類型中，最為新穎的是現(xiàn)澆X形混泥土樁，整個(gè)樁身采用X形的設(shè)立理念，將整體的橫截面最大的有效化，相比于傳統(tǒng)原有的圓形橫截面，X形的柱身與土地的接觸面積更大，相比于圓形柱身增加了31%的接觸面積，大大增加了與土層之間的摩擦阻力，形成了一個(gè)系數(shù)較高的摩擦樁，同時(shí)根據(jù)三角定律，X形樁基又形成了一種穩(wěn)固的三角結(jié)構(gòu)，在下沉過程中，能夠最大限度的將泥土扎緊到最深程度，在雙重單杠的柱身支持下，整個(gè)X形混泥土樁的承重力可比單體圓形樁增加了24%，使工作效率大大提升，目前X形的樁基在平時(shí)生活中也隨處可見，具有較高的性價(jià)比，已經(jīng)應(yīng)用于多種領(lǐng)域當(dāng)中，成為目前十分有效的一種新型截面異形樁。

在新型樁基發(fā)展的過程中，形成了一種具有咬合作用的樁基，該樁基應(yīng)用材料成本低，同時(shí)在樁身的側(cè)面遍布螺旋紋狀，這樣又增強(qiáng)了對(duì)土地的摩擦阻力，同時(shí)又節(jié)約了材料成本，對(duì)于地基的構(gòu)建起到了重要的作用。

2.2 實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的新型樁基

在巖土工程的勘察過程中，對(duì)于樁基的成本預(yù)算十分重視，同時(shí)又因?yàn)榭辈飙h(huán)境的不同，需要針對(duì)相應(yīng)的環(huán)境進(jìn)行貼合設(shè)計(jì)，因此在勘察過程中，對(duì)于環(huán)境的保護(hù)也應(yīng)該列入重要因素名單之一。

因此在新型的樁基設(shè)計(jì)使用中，加入了綠色環(huán)保的元素，使用相關(guān)技術(shù)針對(duì)樁基使用過程中造成的環(huán)境污染與產(chǎn)生的廢料進(jìn)行保護(hù)和二次處理，在樁基的使用過程中，結(jié)合新型的樁基施工泥漿處理系統(tǒng)，將產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行凈化、分離、再結(jié)合，最終形成可以二次利用的泥漿，將其進(jìn)行固化處理[5]，同時(shí)將廢棄的污水再次回收，保障周圍環(huán)境不受樁基破壞產(chǎn)生惡劣影響。在使用這項(xiàng)技術(shù)之前，廢棄的泥漿需要進(jìn)行統(tǒng)一處理，所需要的費(fèi)用在整個(gè)工程項(xiàng)目的預(yù)算中也占有了不小的百分比重，而如今加入這項(xiàng)處理系統(tǒng)，可以通過自動(dòng)化的一條流水線服務(wù)，自主凈化廢棄的泥漿，使得工程項(xiàng)目的泥漿處理上降低約30元/m3的費(fèi)用，整個(gè)工程項(xiàng)目的預(yù)算比原有的基礎(chǔ)上減少了14%。

研究的新型樁基類型還包括鉆擴(kuò)清一體機(jī)，該樁基使用同一個(gè)鉆孔進(jìn)行灌注與清洗，在使用過程中，各個(gè)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)靈活，由于鉆孔較小，減少對(duì)周邊土層的震動(dòng)，同時(shí)使用了全液壓旋轉(zhuǎn)式擴(kuò)斗進(jìn)行下沉，在樁頂帶有可視化的監(jiān)控設(shè)備，可以清楚的看見底部土層的構(gòu)造，擁有全自動(dòng)清洗的設(shè)備，運(yùn)用了SCS清洗系統(tǒng)，能夠更加完善的對(duì)樁基本身進(jìn)行清洗工作，在本身的材質(zhì)制作上，運(yùn)用OMR的工藝手段技術(shù)，加強(qiáng)了本身材質(zhì)的可塑性，使樁基進(jìn)行擴(kuò)底時(shí)的鉆孔速度更快，質(zhì)量更高，同時(shí)還降低了噪音的分貝，周圍的土層能夠減少震感，產(chǎn)生對(duì)環(huán)境的保護(hù)作用，同時(shí)降低了工程造價(jià)的成本，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)約節(jié)能的特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)巖土工程勘察過程中的樁基使用技術(shù)如何改進(jìn)進(jìn)行了相關(guān)研究，依托信息化的結(jié)合模式，將樁基的發(fā)展進(jìn)行了回顧模擬，將巖土層與樁基技術(shù)相結(jié)合構(gòu)建研究模型，同時(shí)將特殊的截面異形樁進(jìn)行系統(tǒng)整合，構(gòu)建新型的樁基技術(shù)，結(jié)合新型環(huán)保系統(tǒng)，節(jié)約工作成本的同時(shí)將生態(tài)環(huán)境的破壞降到最低。希望本文對(duì)相關(guān)樁基技術(shù)應(yīng)用改進(jìn)提供發(fā)展思路。