淺談公路橋梁后壓漿技術試驗研究

王海潮

1 后壓漿技術機理

公路橋梁后壓漿技術是在鉆孔灌注樁成樁后,當樁身達到一定強度后,通過預埋在樁內的注漿管,將以水泥為主劑的漿液壓入樁底與樁周土體中,以充填灌漿、滲透灌漿、劈裂灌漿或壓密灌漿等多種形式對孔底沉渣、持力層軟化、土層擾動及樁端附近土層和泥漿護壁泥皮等起到滲透、填充、壓密、固結的作用,使之形成一種中高強的水泥土層,從而使樁擴大樁頭、增加受力面積[1]。本文分別采用常規(guī)灌漿工藝及后壓漿工藝對樁基進行施工,通過單樁豎向靜載試驗對比后壓漿技術的實際意義。

2 試驗概況

1)工程及地質概況。本次試樁工程位于湖北十堰市—甘肅天水市高速公路陜西段。成樁形式為鉆孔灌注樁,樁徑為1.5 m,樁長25 m,分常規(guī)灌漿工藝與后壓漿工藝兩種,每種工藝采用的試驗樁為3根,注漿距成樁4 d。根據(jù)鉆孔勘察及工程地質調查結果,勘察區(qū)內地層均為第四系松散碎屑堆積地層。試驗區(qū)上部地層為全新統(tǒng)沖積亞黏土、亞砂土,下部地層巖芯多呈碎屑狀,巖體極易破碎,巖質軟,其間夾薄層透鏡狀亞黏土、亞砂土層。該地區(qū)的地質情況符合后壓漿技術所適合的地質條件。

2)加載與量測系統(tǒng)。單樁豎向承載力試驗采用錨樁橫梁反力裝置進行加載,該裝置由反力系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、位移測量系統(tǒng)三部分組成。加載方法與常規(guī)樁基加載設計情況類似。樁頂處布設3個千分表,取結果的平均值[2,3]。

3)終止加載條件。某級荷載作用下,試樁的沉降量為前一級荷載作用下沉降量的5倍或某級荷載作用下,樁頂?shù)某两盗看笥谇耙患壓奢d作用下沉降量的2倍,且24 h未達到相對穩(wěn)定;試樁累計沉降量達到40 mm。

3 試驗結果分析

試驗條件下測試出常規(guī)灌注樁與后壓漿灌注樁下的單樁承載力曲線如圖1,圖2所示。常規(guī)試驗樁的荷載—位移曲線比較明顯,存在明顯的拐點,當荷載為19 000 kN時,3根試驗樁的位移分別為40.804 mm,40.202 mm以及40.198 mm,累積沉降量均超過40 mm。此時,單樁的極限承載力為19 000 kN。后壓漿試驗樁的荷載—位移曲線為緩變型。曲線未出現(xiàn)下彎、突變等。3根試樁加載均未達到破壞,累計沉降量均不到40 mm。確定試驗樁單樁豎向極限承載力大于28 000 kN。對比可知,后壓漿試驗樁的單樁承載能力至少提高了47.36%,樁體承載能力得到大幅度提升。以下通過數(shù)值分析的方法淺論后壓漿樁基的作用機理。

4 數(shù)值計算分析

數(shù)值分析采用的網格劃分方法如圖3所示。樁體采用彈性體分析,樁體彈性模量 E=35 GPa,泊松比 μ=1.67。土體服從摩爾庫侖屈服準則,樁周土體彈性模量為 16 MPa,泊松比為0.35,粘聚力3 kPa,內摩擦角27°;樁底土體彈性模量為80 MPa,泊松比為 0.3,粘聚力20 kPa,內摩擦角31°。后注漿以后樁底和樁周注漿體的彈性模量E在80 MPa～600 MPa之間。計算出最終加載狀態(tài)時,樁體達到極限承載力時常規(guī)樁塑性應變的數(shù)量級為10-3,而后壓漿樁的塑性應變的數(shù)量級為10-5～10-4。常規(guī)試驗樁受荷載作用時影響范圍較小,而后壓漿樁由于樁周與樁底壓漿的處理,使得樁周與樁底在樁體受荷載時所形成的樁—漿—土系統(tǒng)共同抵抗荷載,樁周摩阻力和樁底持力層抵抗能力都得到很大提高,同時在云圖上也明顯反映了后壓漿樁周土體影響范圍廣,但塑性應變數(shù)值要遠小于常規(guī)樁。

5 結語

通過現(xiàn)場樁基對比試驗得出了后壓漿試驗樁的單樁承載能力至少提高了47.36%,單樁極限承載能力得到大幅度提升;數(shù)值分析計算的結果也證實了后壓漿技術在提高樁周土體的摩阻力與樁底的抵抗力的優(yōu)越性。

[1] 安 靜.鉆孔灌注樁后壓漿的作用機理及承載特性分析[J].山西建筑,2010,36(5):133-134.

[2] 朱擁軍,嚴立新,穆保崗.鉆孔灌注樁后壓漿技術的應用[J].工程建設,2010(1):23-24.

[3] 張忠苗,吳世明,包 風.鉆孔灌注樁樁底后壓漿機理與應用研究[J].巖土工程學報,1999,21(6):681-686.