后壓漿鉆孔灌注樁在太原某項(xiàng)目中的應(yīng)用探討

江志安 王承敏

(中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司，天津 301700)

0 引言

由于鉆孔灌注樁施工過(guò)程中采用泥漿護(hù)壁以及存在清孔不徹底的固有缺陷，孔壁泥皮以及孔底淤積的存在使得鉆孔灌注樁樁側(cè)摩阻力及樁端阻力未能充分發(fā)揮。為彌補(bǔ)施工工藝存在的不足，后壓漿技術(shù)得到了廣泛的推廣應(yīng)用，通過(guò)大量的工程實(shí)踐證明，后壓漿技術(shù)對(duì)提高灌注樁單樁承載能力有顯著效果。目前后壓漿的理論研究仍不盡完善［1，2］，對(duì)樁基后注漿效果的檢驗(yàn)仍以單樁豎向靜載荷試驗(yàn)最接近樁體實(shí)際受力狀況。文獻(xiàn)［3］～［5］通過(guò)對(duì)靜載荷試驗(yàn)結(jié)果的分析表明，后注漿技術(shù)不僅能提高樁基承載能力和減少沉降，同時(shí)能改善樁基承載性狀，但不同的土層后注漿技術(shù)對(duì)單樁承載力提高的幅度以及荷載傳遞機(jī)理不盡相同。鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)在全國(guó)好多地方都得到了成功的應(yīng)用，但在山西地區(qū)卻鮮有先例，本文所列工程對(duì)該技術(shù)在該地區(qū)的應(yīng)用有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

1 場(chǎng)地工程地質(zhì)及試樁概況

1.1 場(chǎng)地土層特征

工程場(chǎng)地位于太原市長(zhǎng)治路東側(cè)，王村南街南側(cè)，體育西路西側(cè)。擬建場(chǎng)地整平標(biāo)高為782.0 m，擬建住宅樓基礎(chǔ)埋深為17.0 m，基底標(biāo)高為765.0 m?；A(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。根據(jù)本工程勘察揭露的地層情況，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析，勘察深度范圍內(nèi)地基土沉積時(shí)代及成因類型自上而下依次為:第四系人工堆積層，以第①層素填土層底為底界;第四系全新統(tǒng)沖洪積層，以第⑤層粉土層底為底界;第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，以第⑧層細(xì)中砂層底為底界;第四系中更新統(tǒng)河湖相堆積層，本次勘察未揭穿。巖性以人工填土、粉土、粉質(zhì)粘土、細(xì)中砂、中粗砂、粗礫砂為主。試樁樁身有效樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土層的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 地層物理力學(xué)參數(shù)

1.2 試樁設(shè)計(jì)參數(shù)

試樁共3根，編號(hào)分別為SZ1，SZ2，SZ3，試樁采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁，樁頂高程為766.25 m，樁底高程為745.25 m，樁徑為700 mm，設(shè)計(jì)試樁有效樁長(zhǎng)為21.0 m，灌注樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35(水下)，試樁單樁豎向抗壓承載力極限值為5 200 kN;灌注樁后壓漿采用樁端、樁側(cè)復(fù)式注漿工藝，樁底壓力灌漿工藝采用樁底設(shè)置柔性注漿腔(即膠囊式注漿腔)的閉式灌漿工藝，注漿腔膠囊φ700 mm，內(nèi)裝滿1 cm～3 cm的河卵石。樁端壓力注漿水泥漿的水泥標(biāo)號(hào)不小于42.5級(jí)，水灰比為0.6，樁端注漿水泥量1 500 kg，注漿壓力根據(jù)土層性質(zhì)及注漿點(diǎn)深度確定，為1.2 MPa～4.0 MPa;樁側(cè)注漿一道，距樁底10 m設(shè)置，樁側(cè)注漿量1 000 kg。各層土的樁的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值及極限端阻力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表2，樁底注漿按照如下標(biāo)準(zhǔn)控制:

表2 鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力與極限端阻力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值表

1)注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計(jì)要求;2)注漿總量已達(dá)到設(shè)計(jì)值的75%，且注漿壓力超過(guò)設(shè)計(jì)值;3)樁體上抬量控制:樁體上抬量超過(guò)3 mm時(shí)停止注漿。

2 樁基承載力估算

2.1 不考慮后注漿樁基承載力估算值

依據(jù)規(guī)范［6］中土的物理性質(zhì)指標(biāo)與承載力參數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，確定單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，按照式(1)估算:

其中，Qsk為總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Qpk為總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;u為樁身周長(zhǎng);qsik為第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;li為樁周第i層土的厚度;qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Ap為樁端面積。

依據(jù)表2鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力與極限端阻力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算得到不考慮后注漿工況下樁基承載力估算值為3 600 kN。

2.2 考慮后注漿樁基承載力估算值

依據(jù)規(guī)范［6］后注漿單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按照式(2)估算:

其中，Qsk為后注漿非豎向增強(qiáng)段的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Qgsk為后注漿非豎向增強(qiáng)段第j層土厚度的總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值;Qgpk為后注漿總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;u為樁身周長(zhǎng);lj為后注漿非豎向增強(qiáng)段第j層土的厚度;lgi為后注漿豎向增強(qiáng)段第i層土的厚度;qsik，qsjk，qpk分別為后注漿豎向增強(qiáng)段第i層土的初始極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、非豎向增強(qiáng)段第j土層初始極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值、初始極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值;βsi，βp分別為后注漿側(cè)阻力、端阻力增強(qiáng)系數(shù)。

依據(jù)表2鉆孔灌注樁極限側(cè)阻力、極限端阻力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值及側(cè)阻力、端阻力增強(qiáng)系數(shù)計(jì)算得到考慮后注漿工況下樁基極限承載力估算值為5 660 kN。

3 試樁靜載荷試驗(yàn)

3.1 試樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)

為了確定試樁樁身完整性性狀，確保試樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)的順利進(jìn)行，在對(duì)試樁實(shí)施靜載荷試驗(yàn)之前，依據(jù)相關(guān)檢測(cè)技術(shù)規(guī)程采用反射波法檢測(cè)樁身完整性。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析得出，所檢測(cè)的3根鋼筋混凝土灌注樁(試樁)均為Ⅰ類完整樁。

3.2 靜載試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，采用壓重平臺(tái)為反力裝置，用兩臺(tái)630 t油壓千斤頂加載，采用精度為JCQ-503B全自動(dòng)無(wú)線測(cè)控靜力載荷試驗(yàn)儀控制壓力以及進(jìn)行沉降觀測(cè)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，試樁加載的最大試驗(yàn)荷載為5 200 kN，加荷級(jí)數(shù)為9級(jí)，每級(jí)加載為520 kN，其中首次加載為分級(jí)荷載的2倍。每級(jí)卸載值為每級(jí)加載值的2倍，即為1 040 kN，每級(jí)卸載后隔15 min測(cè)讀一次殘余沉降，讀兩次后，隔30 min再讀一次，即可卸下一級(jí)荷載，全部卸載后隔3 h～4 h再讀一次。具體分級(jí)加荷量如表3所示。

表3 分級(jí)加荷量

3.3 試驗(yàn)終止條件

1)某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的5倍;2)某級(jí)荷載作用下，樁頂沉降量大于前一級(jí)荷載作用下沉降量的2倍，且24 h尚未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn);3)已達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量;4)當(dāng)荷載—沉降曲線呈緩變型時(shí)，可加載至樁頂總沉降量40 mm。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 荷載—沉降結(jié)果

三組試樁的荷載—沉降圖見(jiàn)圖1～圖6。

圖1 SZ1 Q—S曲線

圖2 SZ1 S—lgt曲線

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

從以上3組試樁的靜載荷試驗(yàn)曲線可以看出，在加荷范圍內(nèi)，Q—S曲線未出現(xiàn)陡降段，S—lgt曲線也未出現(xiàn)明顯的向下彎曲，3組試樁中最大豎向累計(jì)最終沉降量為23.1 mm，最小沉降量為4.15 mm，且最終沉降量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 40 mm，因此，按照J(rèn)GJ 106-2003建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范，SZ1，SZ2，SZ3的單樁豎向承載力極限值不小于5 200 kN。

5 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)比3組試樁現(xiàn)場(chǎng)靜載荷試驗(yàn)結(jié)果與根據(jù)規(guī)范推薦公式計(jì)算得到承載力估算值，得到如下結(jié)論:

1)樁端樁側(cè)聯(lián)合后注漿技術(shù)對(duì)泥漿護(hù)壁成孔灌注樁可以有效提高單樁承載力和降低沉降量，對(duì)比靜載試驗(yàn)得出的后壓漿單樁承載力極限值與按照樁基規(guī)范計(jì)算得到的非后壓漿工況下的估算值可以發(fā)現(xiàn)，極限承載力比非后壓漿灌注樁至少提高了約44%。

圖3 SZ2 Q—S曲線

圖4 SZ2 S—lgt曲線

圖5 SZ3 Q—S曲線

圖6 SZ3 S—lgt曲線

2)通過(guò)后注漿技術(shù)提高單樁極限承載力，避免了為達(dá)到設(shè)計(jì)承載力而增大樁徑或增加樁長(zhǎng)，降低了工程造價(jià)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

樁端后壓漿技術(shù)發(fā)展到今天，在具體的工程設(shè)計(jì)與施工中仍然是一項(xiàng)理論落后于實(shí)踐的工藝，在國(guó)內(nèi)依然處在探索階段，尤其是計(jì)算方法仍不完善，理論研究與工程實(shí)踐的結(jié)合還不夠緊密。鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行更深入研究:

1)目前，不同類型結(jié)構(gòu)樁基設(shè)計(jì)計(jì)算公式和參數(shù)的選取仍然是建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)公式，經(jīng)驗(yàn)公式存在一定的局限性，因此，理論分析方法需要進(jìn)一步的修正完善;

2)我國(guó)幅員遼闊，巖土工程有較強(qiáng)的地域性，應(yīng)區(qū)別不同的巖土工程條件，逐步形成在一定地域內(nèi)普遍適用技術(shù)規(guī)程，用以指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)與施工;

3)后注漿對(duì)樁基承載力的貢獻(xiàn)關(guān)鍵就在于水泥漿液對(duì)樁底沉渣及樁周土體物理力學(xué)性能的改善，因此，采用理論和原位試驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行深入研究很有必要，明確后注漿工藝可提高樁基承載力的作用機(jī)理，并建立符合工程實(shí)際的定量化的表達(dá)式。

［1］張忠苗，吳世明，包 風(fēng).鉆孔灌注樁樁底后注漿機(jī)理與應(yīng)用研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，1999，21(6):681-686.

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