冲孔桩关乎成孔效率上限的提钻高度计算

范旭红,薛颖楠,杨 帆,任冠宇

(1.江苏大学土木工程与力学学院,江苏 镇江 212013;2.中国二十冶集团有限公司,上海 201900)

冲击成孔是钻孔灌注桩的重要成孔工艺,广泛适用于黏土层、碎石土层、砾卵石层、裂隙发育地层等各类地质环境,应用前景广阔[1]。冲击成孔灌注桩是采用现场钻孔然后灌注混凝土来实现的,其施工效率主要取决于成孔效率[2]。目前有关成孔效率的研究多是从施工工艺把控及病害预防角度得到的定性结论[3-7],也有学者尝试改变钻头结构来提高破岩效率从而提高成孔效率[8-10],但针对成孔过程中触底动能源头输入的研究还不多见。

冲击钻锤头通过钻机的悬吊获得势能,而后在泥浆中自由落体,受到设备阻力和泥浆阻力的影响耗散掉一部分的能量,另一部分能量转化为锤头的触底动能,进行破岩挤土形成桩孔。单次冲击时触底动能的大小决定了破岩挤土的程度,由提钻高度决定的锤头势能是冲击过程的唯一动能输入,直接影响着成孔效率。当然在成孔过程中还必须确保孔壁处于稳定状态,在孔壁稳定前提下的最大成孔速度就是成孔效率上限。

随着科技的高速发展,计算机技术也越发的普及,一些实际问题的演化结果也可以使用有限元分析软件进行模拟得到直观的结果[11-13],但目前针对冲击作用过程的模拟研究还不多见。王晓辉[14]采用ABAQUS的显式动力学方法针对球体入水过程进行了模拟,笔者也基于此种方法分析冲击锤头在泥浆中的下落过程,得到了锤头的运动时程关系,并以此为依据得到了单次冲击时的最佳提钻高度,极具工程应用价值。……