岩土工程勘察中桩基使用技术改进研究

田泽润

（甘肃农业大学，甘肃 兰州 730000）

我国的岩土工程勘察技术目前采用传统人工与数字信息技术相结合的工作模式[1]，其中对于桩基的应用十分广泛，在桩基使用技术的发展过程中，根据软土层、硬土层等不同土层的分布采用不同的桩基技术，对于桩基的新型研究不断的发展，国外已经出现新型GRF(Geo-Reforcement Foundations)桩基技术，将瞄杆插入土中，形成桩与土一体结合的承重模式。本文主要从三个方面研究岩土工程桩基技术的使用改进情况，根据不同的岩土层设计相应的桩基承重数值，从而保护周边土层不被破坏，再以特殊的地区模拟挖掘参数，设置截面异形桩[2]，应用于不同构造的土层，以发挥土层和桩基的最大潜力，在技术发展的同时，将绿色环保技术融入到桩基的设计与使用当中，使挖掘的废料泥浆结合新型处理系统，将其进行分离处理，进行二次利用，以此减少成本，加快工作效率。

1 分析岩土工程桩基承重性

在研究岩土工程勘察过程中的桩基技术中，最重要的是确定土层的承重能力，以此来设计桩基的参数值，在最早的桩基技术中，针对周边土层构建的地质条件并没有过多重视，由此出现了某些意外事故，人员伤亡的同时还会造成项目延期与成本过高的不足，因此在后续的桩基技术发展中，加强了桩基承重性这一设计研究，以此减少意外事故的发生。

在针对岩土层或其他土层的研究设计中，首先要根据相关的地质条件进行勘察研究，例如不同的土层承重能力也不一样，土层一般分为：填土、粉质粘土、淤泥、淤泥质土、中砂、卵石以及全风化花岗岩等[3]，相应的承重能力也越来越强，主要针对粉质粘土进行研究，粉质粘土属于干强度中等，一般没有摇震反应的影响，根据标准的测试得出，实际击数为7.00~24.00击，以此进行数据的记录，多次确认数据无误后，可通过信息数据化的技术，对土层的参数进行三维模型构建，以此根据模型来设计桩基的构建方案，确立桩基的设计方向，初成品是试验桩，根据试验桩的模拟实验数据再确定二次修改，再经过不断的实验，最终设计出可以实地应用的桩基，这样桩基的承重性就得到了保证，整体的工作流程从思路到实验再到最终的完工，过程思维紧密、清晰，大大降低了意外事故发生的概率，下图为一次试验中，针对试验桩模拟进行的Q-s承重曲线。

图1 试验桩静载实验Q-s曲线

同时根据以往发生的事故对桩基进行人为加固，由此了提出在桩基的两侧与顶端进行注浆，以此产生补强加固的作用，该方案设计合理有效，又减少了损失成本。经研究发现，桩基在垂直承载的情况下，桩基顶部的受力过于集中，从而造成了混凝土的承受最大值，导致了桩基柱身的混凝土碎裂，因此建议在设计桩基的柱身时应加入本身强度因素的考虑和承重极限。得出桩基的模拟性试验除了设计相关的承重能力，还应考虑更加全面的实验变量因素。

在设计桩基的过程中，研究发现了一种新型的设计方法，将整个设计过程分为两个主要部分：前者不仅要根据模拟数值确定出最佳承重的柱身数量，还要包含桩的长度直径，从整体方面满足土层与上方建筑物的上升与降低，同时还要满足承重的需求；后者是以有限元计算和土性参数为基础，以有限元计算软件ANSYS作为计算工具，加入此前多次模拟的地质条件的数值，以此建立了桩基与建筑物的3D模型，形成土层与建筑物之间相连的模拟动态景象，同时完成三者一体性的参数计算，在计算过程中需要精确的数值，对最终桩基的设计是不可缺少的。

2 桩基使用技术改进方法设计

2.1 构建新型截面异形桩

传统的桩基类型的发展主要包括：单纯的截面的直径变化、截面形状更改和与土层接触面大小的变化，通过这三种原则的变更而达成不同的要求目的，这些类型基本上是在横截面的直径中，通过钻孔位置的更改，再加入一定工程技术的设计，将整体柱身进行多种形态的变化，以此达到设计目的，减少材料成本[4]。截面异形桩是一种特殊的桩基类型，主要是根本当地情况不同，来设计与其相适应匹配的横截面桩基。

截面异形桩主要体现在以下几个方面：①变更桩基整体的横截面，在科学研究的基础上，得到最佳的承重效果，在原有基础上增加强度；②柱身的横截面大多数都不是轴对称图形的，主要是因为本身的抗压能力有一定的指定方向，所以设计的过程中，一般将桩基的最大的承重能力属于弯曲的一面与实际承受力的方向设计在同一水平面上，这样可以发挥出桩身材料的最好效果，还能达到节约成本的目的；③将桩身的侧面整体进行二次改造，增加摩擦阻力，在下沉过程中能够最大幅度地扎紧底层泥土，达到巩固的效果。

在截面异形桩的类型中，最为新颖的是现浇X形混泥土桩，整个桩身采用X形的设立理念，将整体的横截面最大的有效化，相比于传统原有的圆形横截面，X形的柱身与土地的接触面积更大，相比于圆形柱身增加了31%的接触面积，大大增加了与土层之间的摩擦阻力，形成了一个系数较高的摩擦桩，同时根据三角定律，X形桩基又形成了一种稳固的三角结构，在下沉过程中，能够最大限度的将泥土扎紧到最深程度，在双重单杠的柱身支持下，整个X形混泥土桩的承重力可比单体圆形桩增加了24%，使工作效率大大提升，目前X形的桩基在平时生活中也随处可见，具有较高的性价比，已经应用于多种领域当中，成为目前十分有效的一种新型截面异形桩。

在新型桩基发展的过程中，形成了一种具有咬合作用的桩基，该桩基应用材料成本低，同时在桩身的侧面遍布螺旋纹状，这样又增强了对土地的摩擦阻力，同时又节约了材料成本，对于地基的构建起到了重要的作用。

2.2 实现节能环保的新型桩基

在岩土工程的勘察过程中，对于桩基的成本预算十分重视，同时又因为勘察环境的不同，需要针对相应的环境进行贴合设计，因此在勘察过程中，对于环境的保护也应该列入重要因素名单之一。

因此在新型的桩基设计使用中，加入了绿色环保的元素，使用相关技术针对桩基使用过程中造成的环境污染与产生的废料进行保护和二次处理，在桩基的使用过程中，结合新型的桩基施工泥浆处理系统，将产生的泥浆进行净化、分离、再结合，最终形成可以二次利用的泥浆，将其进行固化处理[5]，同时将废弃的污水再次回收，保障周围环境不受桩基破坏产生恶劣影响。在使用这项技术之前，废弃的泥浆需要进行统一处理，所需要的费用在整个工程项目的预算中也占有了不小的百分比重，而如今加入这项处理系统，可以通过自动化的一条流水线服务，自主净化废弃的泥浆，使得工程项目的泥浆处理上降低约30元/m³的费用，整个工程项目的预算比原有的基础上减少了14%。

研究的新型桩基类型还包括钻扩清一体机，该桩基使用同一个钻孔进行灌注与清洗，在使用过程中，各个关节的设计灵活，由于钻孔较小，减少对周边土层的震动，同时使用了全液压旋转式扩斗进行下沉，在桩顶带有可视化的监控设备，可以清楚的看见底部土层的构造，拥有全自动清洗的设备，运用了SCS清洗系统，能够更加完善的对桩基本身进行清洗工作，在本身的材质制作上，运用OMR的工艺手段技术，加强了本身材质的可塑性，使桩基进行扩底时的钻孔速度更快，质量更高，同时还降低了噪音的分贝，周围的土层能够减少震感，产生对环境的保护作用，同时降低了工程造价的成本，从而实现环保节约节能的特点。

3 结语

本文对岩土工程勘察过程中的桩基使用技术如何改进进行了相关研究，依托信息化的结合模式，将桩基的发展进行了回顾模拟，将岩土层与桩基技术相结合构建研究模型，同时将特殊的截面异形桩进行系统整合，构建新型的桩基技术，结合新型环保系统，节约工作成本的同时将生态环境的破坏降到最低。希望本文对相关桩基技术应用改进提供发展思路。