CN111537433A - 一种钻孔埋管顶进力预测方法 - Google Patents

一种钻孔埋管顶进力预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111537433A
CN111537433A CN202010380576.0A CN202010380576A CN111537433A CN 111537433 A CN111537433 A CN 111537433A CN 202010380576 A CN202010380576 A CN 202010380576A CN 111537433 A CN111537433 A CN 111537433A
Authority
CN
China
Prior art keywords
determining
mud
buried pipe
pipe
borehole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010380576.0A
Other languages
English (en)
Inventor
矫永岩
李德柱
孟庆一
何长江
杨春光
高岩
汪振作
苑旺
于久洋
王鹏
刘晓忱
孙雷
钱坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Railway No 9 Group Co Ltd
Original Assignee
China Railway No 9 Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Railway No 9 Group Co Ltd filed Critical China Railway No 9 Group Co Ltd
Priority to CN202010380576.0A priority Critical patent/CN111537433A/zh
Publication of CN111537433A publication Critical patent/CN111537433A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N19/00—Investigating materials by mechanical methods
    • G01N19/02—Measuring coefficient of friction between materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/24—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady shearing forces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/24—Earth materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/36—Analysing materials by measuring the density or specific gravity, e.g. determining quantity of moisture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0025—Shearing

Abstract

本发明涉及基础建设领域，具体涉及一种用于预测钻孔内埋管顶进力的方法。具体方法包括如下步骤：确定钻孔内部不同深度处泥浆的重度γ；确定钻孔内部不同深度处泥浆的不排水抗剪强度cu；确定埋管内径d、外径D、长度L和密度ρ；确定埋管灌满水时的总重量G；确定埋管外壁与泥浆之间的摩阻力qs1；确定埋管外壁与孔壁之间的摩阻力qs2；确定埋管由于泥浆引起的阻力R1；确定埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力R2；确定管底的泥浆端阻力qp；确定管底的泥浆阻力R3；最后确定埋管总的顶进力F。

Description

一种钻孔埋管顶进力预测方法
技术领域
本发明涉及基础建设领域，具体涉及一种用于预测钻孔内埋管顶进力的方法。
技术背景
地下工程建设过程中，经常遇到将管道顶入钻孔内部，如在基坑深层水平位移监测中需将测斜管放入到钻孔内部，在地震CT扫描地层需将PVC管道放入到钻孔内，为了管道内部保持干净，管道底部通常密封处理；钻孔内部往往由于泥浆和底渣的存在，管道在顶进过程中，有时遇到的阻力较大，难以顶入，有时需借助于挖机等机械设备，然而调用挖机需要一定时间，钻孔停留时间久了后，容易出现塌孔，使得管道无法顶入。需要多大的力才能将管道顶入，大都基于工程经验，尚无可靠的理论方法进行预测。
发明内容
本发明的目的在于提供提出一种钻孔埋管顶进力预测方法，具有结构简单、流程性强和结果可靠的优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种钻孔埋管顶进力预测方法，包括如下步骤：
1)确定钻孔内部不同深度处泥浆的重度γ：在钻孔内不同深度处利用取样器取少量泥浆原状样品，将其装入到小型量杯内，利用测量其质量和体积的方法，计算出其密度，然后用质量乘以重力加速度得到其重度γ；
2)确定钻孔内部不同深度处泥浆的不排水抗剪强度cu：利用步骤1)取出的泥浆样品，在测量其重度γ后，利用微型十字板剪切仪测量各个样品的不排水抗剪强度cu；或直接将灵敏度较高的十字板剪切仪放入钻孔内部，测试不同深度处的不排水抗剪强度cu；
3)确定埋管内径d、外径D、长度L和密度ρ：对埋入的管道测量其内径、外径和长度，确定上述尺寸，埋管密度由称取其质量法和计算其体积法确定；
4)确定埋管灌满水时的总重量G：
Figure BDA0002481901360000011
其中，g为重力加速度，ρw为水的密度，取1.0g/cm3；
5)确定埋管外壁与泥浆之间的摩阻力qs1：取钻孔处土体，在实验室里配备不同浓度的泥浆，分别利用微型剪切仪测试其不排水抗剪强度cu，同时将两端密封的管道垂直放入到泥浆里进行拉拔试验，确定出不同浓度泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1，然后利用最小二乘法进行线性回归，得到摩阻力qs1与不排水抗剪强度cu之间的经验关系式，qs1＝acu+b，其中，a和b为拟合参数，进一步由步骤2)测得的不排水抗剪强度，利用回归的经验关系式计算出钻孔内部不同深度处泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1；
6)确定埋管外壁与孔壁之间的摩阻力qs2：将外径与钻孔直径相同的埋管放入钻孔内，利用试验测试出两者之间的摩阻力qs2；
7)确定埋管由于泥浆引起的阻力R1；
8)确定埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力；
9)确定管底的泥浆端阻力qp；
10)确定管底的泥浆阻力R3；
11)确定埋管总的顶进力F：
F＝R1+R2+R3-G。
优选地，上述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，步骤1)中，所述的不同深度是每延米取一个泥浆样品，取样位置位于每延米的中间部位。
优选地，上述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，步骤6)中，所述的实验为拔管试验或压管试验。
优选地，上述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，步骤7)中，所述的埋管由于泥浆引起的阻力R1是由如下公式确定的：
Figure BDA0002481901360000021
其中，qs1i为第i个深度处泥浆的摩阻力，n为泥浆的深度。
优选地，上述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，步骤8)中，所述的埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力是由如下公式确定的：
R2＝2πD2qs2。
优选地，上述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，步骤9)中，所述的管底的泥浆端阻力qp是由如下公式确定的：
Figure BDA0002481901360000031
其中，cu'为钻孔底部泥浆的不排水抗剪强度，γi为第i个深度处泥浆的重度，l取1m。
优选地，上述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，步骤10)中，所述的管底的泥浆阻力R3是由如下公式确定的：
Figure BDA0002481901360000032
本发明的工作原理是，当灌满水的埋管顶入钻孔时，管道侧壁受到泥浆的阻力，管道倾斜后受到钻孔侧壁的阻力，以及管底受到底部泥浆的阻力，管道顶入钻孔，必须克服上述三种外力，但埋管及灌入的水体对于顶入是有利的，因此扣除该力。
本发明的有益效果：采用本发明的预测方法得到钻孔埋管的顶进力，然后根据顶进力的大小，选择合适的顶进方法，如人力或人员数量、机械设备等；在埋管前，事先对顶进方法进行确定，为合理规划施工方案做出技术指导。
具体实施方式
一种钻孔埋管顶进力预测方法，包括如下步骤：
1)确定钻孔内部不同深度处泥浆的重度γ。
在钻孔内不同深度处利用取样器取少量泥浆原状样品，将其装入到小型量杯内，利用测量其质量和体积的方法，计算出其密度，然后乘以重力加速度得到其重度；在深度上，每延米取一个泥浆样品，取样位置位于每延米的中间部位，如0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、…。
2)确定钻孔内部不同深度处泥浆的不排水抗剪强度cu。
利用步骤1)取出的泥浆样品，在测量其重度后，利用微型十字板剪切仪测量各个样品的不排水抗剪强度cu；或直接将灵敏度较高的十字板剪切仪放入钻孔内部，测试不同深度处的不排水抗剪强度cu，同样每延米测试一个数据，测试位置位于每延米的中间部位。
3)确定埋管内径d、外径D、长度L和密度ρ。
对埋入的管道测量其内径、外径和长度，确定上述尺寸，埋管密度由称取其质量法和计算其体积法确定。
4)确定埋管灌满水时的总重量G。
Figure BDA0002481901360000041
其中，g为重力加速度，ρw为水的密度，取1.0g/cm3。
5)确定埋管外壁与泥浆之间的摩阻力qs1
取钻孔处土体，在实验室里配备不同浓度的泥浆，分别利用微型剪切仪测试其不排水抗剪强度cu，同时将两端密封的管道垂直放入到泥浆里进行拉拔试验，确定出不同浓度泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1，然后利用最小二乘法进行线性回归，得到摩阻力qs1与不排水抗剪强度cu之间的经验关系式，qs1＝acu+b，其中，a和b为拟合参数，进一步由步骤2)测得的不排水抗剪强度，利用回归的经验关系式计算出钻孔内部不同深度处泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1。
6)确定埋管外壁与孔壁之间的摩阻力qs2。
将外径与钻孔直径相同的埋管放入钻孔内，利用拔管试验或压管试验测试出两者之间的摩阻力qs2。
7)确定埋管由于泥浆引起的阻力R1。
Figure BDA0002481901360000042
其中，qs1i为第i个深度处泥浆的摩阻力，n为泥浆的深度。
8)确定埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力R2。
R2＝2πD2qs2
9)确定管底的泥浆端阻力qp。
Figure BDA0002481901360000043
其中，cu'为钻孔底部泥浆的不排水抗剪强度，γi为第i个深度处泥浆的重度，l取1m。
10)确定管底的泥浆阻力R3。
Figure BDA0002481901360000051
11)确定埋管总的顶进力F：
F＝R1+R2+R3-G。
实施例
某地铁盾构施工需要进行钻孔埋管，以进行地震CT探测孤石分布，其中钻孔深度为11.0m，钻孔直径为90mm。在钻孔内每隔1.0m利用取样器取少量泥浆原状样品，取样位置分别为0.5m、1.5m、2.5m、3.5m、…、10.5m，将其装入到小型量杯内，利用测量其质量和体积的方法，计算出其密度，然后乘以重力加速度得到其重度，见表1所示；同时，利用第一步取出的泥浆样品，在测量其重度后，利用微型十字板剪切仪测量各个样品的不排水抗剪强度cu，汇总于表1；管道内径d为57mm，外径D为63mm，长度L为11.0m，埋管密度由称取其质量法和计算其体积法确定，其密度ρ为1.47g/cm3；经过计算，该埋管灌满水时的总重量G为0.37kN；同时在钻孔处取土体，在实验室里配备不同浓度的泥浆，分别利用微型剪切仪测试其不排水抗剪强度cu，同时将两端密封的管道垂直放入到泥浆里进行拉拔试验，确定出不同浓度泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1，然后利用最小二乘法进行线性回归，得到摩阻力qs1与不排水抗剪强度cu之间的经验关系式，qs1＝1.0629cu+0.0481；进一步由第(2)步测得的不排水抗剪强度，利用回归的经验关系式计算出钻孔内部不同深度处泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1，列于表1中。
表1钻孔内泥浆不同深度处的工程参数
Figure BDA0002481901360000052
将外径与钻孔直径相同的埋管放入钻孔内，利用拔管试验或压管试验测试出两者之间的摩阻力qs2为4.6kPa；进一步确定埋管由于泥浆引起的阻力R1为14.4kN；埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力R2为0.11kN；管底的泥浆端阻力qp为3040.8kPa；管底的泥浆阻力R3为9.5kN；最后计算得到埋管总的顶进力F为23.64kN。

Claims (7)

1.一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定钻孔内部不同深度处泥浆的重度γ：在钻孔内不同深度处利用取样器取少量泥浆原状样品，将其装入到小型量杯内，利用测量其质量和体积的方法，计算出其密度，然后用质量乘以重力加速度得到其重度γ；
2)确定钻孔内部不同深度处泥浆的不排水抗剪强度cu：利用步骤1)取出的泥浆样品，在测量其重度γ后，利用微型十字板剪切仪测量各个样品的不排水抗剪强度cu；或直接将灵敏度较高的十字板剪切仪放入钻孔内部，测试不同深度处的不排水抗剪强度cu；
3)确定埋管内径d、外径D、长度L和密度ρ：对埋入的管道测量其内径、外径和长度，确定上述尺寸，埋管密度由称取其质量法和计算其体积法确定；
4)确定埋管灌满水时的总重量G：
Figure FDA0002481901350000011
其中，g为重力加速度，ρw为水的密度，取1.0g/cm3；
5)确定埋管外壁与泥浆之间的摩阻力qs1：取钻孔处土体，在实验室里配备不同浓度的泥浆，分别利用微型剪切仪测试其不排水抗剪强度cu，同时将两端密封的管道垂直放入到泥浆里进行拉拔试验，确定出不同浓度泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1，然后利用最小二乘法进行线性回归，得到摩阻力qs1与不排水抗剪强度cu之间的经验关系式，qs1＝acu+b，其中，a和b为拟合参数，进一步由步骤2)测得的不排水抗剪强度，利用回归的经验关系式计算出钻孔内部不同深度处泥浆与埋管外壁之间的摩阻力qs1；
6)确定埋管外壁与孔壁之间的摩阻力qs2：将外径与钻孔直径相同的埋管放入钻孔内，利用试验测试出两者之间的摩阻力qs2；
7)确定埋管由于泥浆引起的阻力R1；
8)确定埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力；
9)确定管底的泥浆端阻力qp；
10)确定管底的泥浆阻力R3；
11)确定埋管总的顶进力F：
F＝R1+R2+R3-G。
2.根据权利要求1所述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，步骤1)中，所述的不同深度是每延米取一个泥浆样品，取样位置位于每延米的中间部位。
3.根据权利要求1所述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，步骤6)中，所述的实验为拔管试验或压管试验。
4.根据权利要求1所述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，步骤7)中，所述的埋管由于泥浆引起的阻力R1是由如下公式确定的：
Figure FDA0002481901350000021
其中，qs1i为第i个深度处泥浆的摩阻力，n为泥浆的深度。
5.根据权利要求1所述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，步骤8)中，所述的埋管由于倾斜与钻孔侧壁之间引起的阻力是由如下公式确定的：
R2＝2πD2qs2。
6.根据权利要求1所述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，步骤9)中，所述的管底的泥浆端阻力qp是由如下公式确定的：
Figure FDA0002481901350000022
其中，cu'为钻孔底部泥浆的不排水抗剪强度，γi为第i个深度处泥浆的重度，l取1m。
7.根据权利要求1所述的一种钻孔埋管顶进力预测方法，其特征在于，步骤10)中，所述的管底的泥浆阻力R3是由如下公式确定的：
Figure FDA0002481901350000023
CN202010380576.0A 2020-05-08 2020-05-08 一种钻孔埋管顶进力预测方法 Pending CN111537433A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010380576.0A CN111537433A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种钻孔埋管顶进力预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010380576.0A CN111537433A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种钻孔埋管顶进力预测方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111537433A true CN111537433A (zh) 2020-08-14

Family

ID=71975358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010380576.0A Pending CN111537433A (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种钻孔埋管顶进力预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111537433A (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102296960A (zh) * 2011-01-28 2011-12-28 沈阳市政集团有限公司 一种预应力后背箱涵顶进施工方法
CN104074210A (zh) * 2014-07-15 2014-10-01 中铁第一勘察设计院集团有限公司 桩基础侧摩阻力室内试验装置及其试验方法
CN105825027A (zh) * 2016-03-30 2016-08-03 广东工业大学 顶管顶进过程的多体系统动力学数值模拟方法
US20170362792A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 PoweChina Huadong Engineering Corporation Limited Test method for friction resistance at inner and outer sidewalls of pipe pile
CN107503384A (zh) * 2017-08-06 2017-12-22 中国铁路设计集团有限公司 装配式地下连续墙沉桩阻力测试装置
CN108827784A (zh) * 2018-03-14 2018-11-16 中国地质大学（武汉） 管桩中土塞承载特性研究试验装置及方法
CN110106854A (zh) * 2019-05-30 2019-08-09 福建工程学院 一种岩溶土洞竖向增强体竖向承载力预测方法
CN110924403A (zh) * 2019-12-03 2020-03-27 中铁九局集团有限公司 一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性判定方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102296960A (zh) * 2011-01-28 2011-12-28 沈阳市政集团有限公司 一种预应力后背箱涵顶进施工方法
CN104074210A (zh) * 2014-07-15 2014-10-01 中铁第一勘察设计院集团有限公司 桩基础侧摩阻力室内试验装置及其试验方法
CN105825027A (zh) * 2016-03-30 2016-08-03 广东工业大学 顶管顶进过程的多体系统动力学数值模拟方法
US20170362792A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-21 PoweChina Huadong Engineering Corporation Limited Test method for friction resistance at inner and outer sidewalls of pipe pile
CN107503384A (zh) * 2017-08-06 2017-12-22 中国铁路设计集团有限公司 装配式地下连续墙沉桩阻力测试装置
CN108827784A (zh) * 2018-03-14 2018-11-16 中国地质大学（武汉） 管桩中土塞承载特性研究试验装置及方法
CN110106854A (zh) * 2019-05-30 2019-08-09 福建工程学院 一种岩溶土洞竖向增强体竖向承载力预测方法
CN110924403A (zh) * 2019-12-03 2020-03-27 中铁九局集团有限公司 一种人工挖孔井微型灌注桩支护安全性判定方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
叶艺超等: "考虑泥浆触变性的顶管顶力计算方法", 《岩土工程学报》 *
耿楠楠等: "《注册岩土工程师职业资格考试专业案例》", 29 February 2020 *
高金川等: "《岩土工程勘察与评价》", 30 September 2003 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102912780B (zh) 黄土湿陷性变形的砂土浸水测试方法
Arenson et al. Borehole deformation measurements and internal structure of some rock glaciers in Switzerland
CN202247833U (zh) 测量和监测地下水压力装置
CN108195723B (zh) 一种加固松散砾石土的渗透注浆试验系统及方法
US20200278473A1 (en) Borehole inspecting and testing device and method of using the same
US20150233230A1 (en) Borehole inspecting and testing device and method of using the same
CN106638725A (zh) 一种管桩挤土效应测试装置及方法
CN105606070B (zh) 一种建筑物竖向和水平向变形测试装置及方法
CN102352620A (zh) 测量和监测地下水压力方法及装置
CN102312422A (zh) 湿陷性黄土挤密桩桩间土湿陷系数的测试装置及测试方法
WO2016178684A1 (en) Borehole inspecting and testing device and method of using the same
WO2011017754A1 (en) Pipeline simulation device
CN107102378B (zh) 利用孔压静力触探测定承压含水层水位与水头高度的方法
CN207472306U (zh) 一种带有液压吸力筒基础的原位管土作用测试系统
CN103410136A (zh) 一种土壤水分计的钻孔埋设方法
CN110658064B (zh) 一种模拟获取隧洞流质衬砌支护最佳支护力的装置及方法
CN105780829B (zh) 钻孔灌注桩沉渣厚度快速准确检测装置
CN111537433A (zh) 一种钻孔埋管顶进力预测方法
CN113091826B (zh) 一种用于采煤沉陷区地质环境监测的多功能装置
CN112197806B (zh) 采煤沉陷区移动变形、水文及应力监测设备装设方法
CN212432125U (zh) 一种水平钻孔内静力水准观测地层升降位移的装置
Ignat Field and laboratory tests of laterally loaded rows of lime-cement columns
WO2014020620A1 (en) A method for the forecast and prevention of landslides in cohesive soils
CN207775955U (zh) 一种试验桩工作机理与工艺效应综合检测系统
CN111622198B (zh) 一种传感器埋设装置及其埋设方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination