鉆孔灌注樁后壓漿提高單樁豎向承載力試驗(yàn)研究

□文/李孟臣

鉆孔灌注樁后壓漿提高單樁豎向承載力試驗(yàn)研究

□文/李孟臣

文章從西站交通樞紐南廣場地下工程鉆孔灌注樁后壓漿前后的低應(yīng)變檢測曲線和靜載荷試驗(yàn)（抗壓、抗拔）結(jié)果，分析論證了后壓漿工藝改善灌注樁樁端持力層和樁周土體的力學(xué)性能以及荷載傳遞性能，使灌注樁的綜合承載力得到大幅度提高。

鉆孔灌注樁；后壓漿；承載力

當(dāng)前，鉆孔灌注樁在應(yīng)用過程中有2方面問題引起了業(yè)界廣泛關(guān)注：一是樁底的沉碴降低了樁基的單樁承載力；另一個(gè)是如何在保持灌注樁技術(shù)參數(shù)不變的情況下，大幅度提高鉆孔灌注樁的單樁承載力。

實(shí)踐證明，后壓漿技術(shù)對提高鉆孔灌注樁樁端承載力和側(cè)阻力，改善灌注樁荷載傳遞性能，提高樁基綜合承載力均起到了非常關(guān)鍵的作用。

1 工程概況

天津西站交通樞紐南廣場地下工程總建筑面積約7.6萬m2，共分3層。地下1層為地下停車場與公共換乘區(qū)，基坑開挖深度為10m；地下2層為地6號線站臺層，基坑挖深19～21m；地下3層為地鐵4號線站臺層，基坑挖深約29m。南廣場地下工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)并對灌注樁進(jìn)行后壓漿處理，主要樁型的樁徑為800mm、樁長為 18m。

場地地質(zhì)情況自上而下依次為人工填土層、全新統(tǒng)新近沉積層、全新統(tǒng)上組陸相沖積層，全新統(tǒng)中組海相沉積層，全新統(tǒng)下組陸相沖積層、上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層。

場內(nèi)地下水可劃分為潛水層和微承壓水層。潛水層主要為全新統(tǒng)中組海相沉積層砂性大粉質(zhì)粘土，厚度為7.80～8.90m，靜止水位埋深0.60～1.50m；微承壓含水層主要為全新統(tǒng)下組陸相沖積層下部粉土、上更新統(tǒng)第五組陸相沖積層粉土和粉砂層，含水層厚度為 1.50～4.50m。

2 樁基試驗(yàn)檢測情況

為驗(yàn)證后壓漿對灌注樁承載力的提升作用，在后壓漿前后分別進(jìn)行了低應(yīng)變樁身完整性檢測和靜載荷試驗(yàn)（豎向抗壓、豎向抗拔）。

2.1 后壓漿前的樁基檢測情況

后壓漿前對靜載荷試樁進(jìn)行了低應(yīng)變檢測，現(xiàn)選取有代表性的曲線，見圖1。

SZH2、SZH3為抗壓靜載荷試樁，SZH10、SZH13為抗拔靜載荷試樁，低應(yīng)變檢測曲線樁底反射均明顯提前，波速偏高，說明樁底沉渣較厚。這4根樁的靜載荷試驗(yàn)Q-S曲線見圖2。

由圖2看出，SZH2加載至4030kN時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的向下彎曲，根據(jù)檢測規(guī)范，其單樁豎向抗壓極限承載力取前一級載荷為3720kN；SZH3加載至3720kN時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的向下彎曲，根據(jù)檢測規(guī)范，其單樁豎向抗壓極限承載力取前一級載荷為3410kN；SZH10加載至2600kN時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的向上彎曲，根據(jù)檢測規(guī)范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為2340kN；SZH13加載至2340kN時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的向上彎曲，根據(jù)檢測規(guī)范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為2080kN。

2.2 后壓漿后的樁基檢測情況

后壓漿后的低應(yīng)變檢測曲線見圖3。

由圖3看出，后壓漿對樁底沉渣有明顯改善，漿液的滲入使樁周土體形成更堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)并且樁端形成一定的擴(kuò)大頭。后壓漿后的靜載荷Q-S曲線見圖4。

由圖4看出，SZH2加載至4650kN時(shí)，曲線未見明顯的向下彎曲，最終沉降量僅為9.27mm，卸載至0時(shí)，殘余變形量為3.84mm，回彈率58.6%，該樁單樁豎向抗壓極限承載力≮4650kN；SZH3加載至4650kN時(shí)，曲線未見明顯的向下彎曲，最終變形量為19.80mm，卸載至0時(shí)，殘余變形量為9.05mm，回彈率54.3%，該樁單樁豎向抗壓極限承載力≮4650kN；SZH10加載至3380 kN時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的向上彎曲，按照檢測規(guī)范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為3120kN；SZH13加載至3120kN時(shí)，曲線出現(xiàn)了明顯的向上彎曲，按照檢測規(guī)范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為2860kN。

3 試驗(yàn)檢測結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，采用后壓漿的灌注樁樁端、樁身及周圍土體綜合效應(yīng)使其承載力得到大幅度的加強(qiáng)，其作用機(jī)理及作用過程如下。

1）灌注樁承載力降低原因。灌注樁成孔對樁周和樁底土的擾動降低了土體強(qiáng)度；灌注樁水下作業(yè)使樁周及樁端土體遇水軟化，土的強(qiáng)度急劇下降；灌注樁成孔過程中產(chǎn)生的樁周泥皮如同樁與土體之間加上潤滑劑大大降低了樁側(cè)摩阻力。土體擾動、樁底沉碴嚴(yán)重影響了灌注樁承載力的發(fā)揮。灌注樁施工中存在的土體擾動、樁底沉碴和樁周泥皮，一方面對灌注樁承載力產(chǎn)生負(fù)面影響，另一方面正是這些薄弱面的存在才使得其具有可灌性。

2）改善持力層、提高端承力。樁端注漿使?jié){液在高壓作用下對沉碴及樁周土劈裂、滲擴(kuò)、填充、壓密、固結(jié)等作用使樁端持力層在一定范圍內(nèi)形成漿液和土的結(jié)石體，從而改善持力層的物理力學(xué)性能，消除了沉碴對端承力發(fā)揮的不良影響。

3）大幅提高樁側(cè)摩阻力。樁端注漿在高壓作用下，漿液沿樁土界面上浸，通過滲擴(kuò)、填充、膠結(jié)綜合作用，對樁周泥皮置換，使樁與泥皮及土層膠結(jié)成整體并在樁周形成脈狀結(jié)石體，如同樹根植入土中。注漿不僅可以完全消除樁周泥皮對樁側(cè)摩阻力的負(fù)面影響，而且注漿膠結(jié)體在置換樁周泥皮同時(shí)還擠占樁周部分原狀土，增大了樁的平面幾何尺寸，從而使樁側(cè)摩阻力大幅度提高。

4）改善持力層受力狀態(tài)和荷載傳遞性能。樁端注漿在高壓漿液作用下通過劈裂、滲擴(kuò)、擠密和膠結(jié)使樁端附近土層產(chǎn)生較大的壓縮變形形成樁端擴(kuò)大頭，增大了樁端受力面積，改善了其受力狀態(tài)。樁底沉碴在漿液置換、滲擴(kuò)、填充、壓密、固結(jié)作用下，使其壓縮變形提前完成，減少了樁在荷載作用下的豎向變形，使樁端承載力得以充分發(fā)揮。

4 結(jié)語

鉆孔灌注樁經(jīng)壓力注漿后，明顯改善了灌注樁樁端持力層和樁周土體的力學(xué)性能，提高了樁端承載力和側(cè)阻力，極大地改善了灌注樁荷載傳遞性能，使灌注樁的綜合承載力得到大幅度提高，其單樁極限承載力可提高25%～40%。為此，工程設(shè)計(jì)根據(jù)灌注樁壓力注漿前后荷載試驗(yàn)檢測情況，對南廣場地下工程樁基礎(chǔ)從數(shù)量、樁長等方面進(jìn)行了優(yōu)化，不僅節(jié)約工程造價(jià)，而且綜短了工期。

TU473.1

C

1008-3197（2011）03-22-03

2011-04-07

李孟臣/男，1966年出生，工程師，天津城投建設(shè)有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。