后注漿灌注樁承載力的影響因素分析

孫 培 義

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

后注漿灌注樁承載力的影響因素分析

孫 培 義

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

介紹了后注漿工法的原理，結(jié)合某樁基工程項目的試錨樁破壞性載荷試驗，對影響后注漿效果的不同因素進(jìn)行了對比分析，著重對成孔工藝及后注漿形式進(jìn)行了研究，以實現(xiàn)縮短樁長，提高樁基承載力的目標(biāo)。

灌注樁，后注漿，成孔工藝，承載力

1 工法原理

后注漿工法是在灌注樁成樁后的一段時間內(nèi)，通過預(yù)置于樁身和樁端的導(dǎo)管及注漿閥，將水泥漿壓入，與樁側(cè)、樁端的泥皮和沉渣以及一定范圍的土體混合，將其加固，從而提高灌注樁承載力的一種措施。

由于灌注樁成孔必然產(chǎn)生泥皮、沉渣或虛土，對樁基承載力產(chǎn)生不利影響；最初，后注漿工法只是作為一種處理泥皮、沉渣或虛土的措施；經(jīng)科研人員研究發(fā)現(xiàn)，后注漿注入的漿液也能夠?qū)抖恕秱?cè)一定范圍的土體產(chǎn)生有利影響。

后注漿漿液隨著壓力的擴散，可能產(chǎn)生滲透作用、壓密作用和劈裂作用，一般情況下，在注漿過程中，滲透、壓密和劈裂是交替進(jìn)行的。三種壓力擴散形式共同作用的結(jié)果就是將土體壓密、加固，從而在一定程度上提高了土體的極限端阻力和極限側(cè)阻力，進(jìn)而提高樁基豎向極限承載力。

筆者收集了一部分山西地區(qū)的后注漿灌注樁資料，經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)：多數(shù)后注漿對承載力的提高比例在30%～70%之間，少部分樁甚至達(dá)到100%以上。

2 影響后注漿的因素

影響后注漿提高承載力的因素很多，大致可歸納為以下三種：

1)地層條件；2)后注漿的形式；3)灌注樁成孔工藝。由于不同工程的地層條件差異較大，極其復(fù)雜，本文僅針對后兩種因素展開分析。

2.1 后注漿的形式

隨著后注漿工藝研究的深入，后注漿的形式呈現(xiàn)多樣化趨勢：樁端開放式后注漿，樁端膠囊式后注漿，樁端樁側(cè)復(fù)合注漿，樁側(cè)注漿又可分為單管、雙管環(huán)形管注漿，雙直管注漿等等，不一而足。不同的注漿形式效果不盡相同，一般而言，樁端膠囊式后注漿優(yōu)于樁端開放式后注漿，樁端樁側(cè)復(fù)合注漿優(yōu)于單一的樁端注漿。

膠囊式后注漿一方面將樁端的泥皮及土體擠壓加固，另一方面在樁端形成擴大頭，一般情況下不存在漿液流失，而開放式后注漿的部分漿液可能沿軟弱縫隙流失，因此，膠囊式注漿效果一般優(yōu)于開放式后注漿，但是，在實際工程操作中，開放式后注漿非常簡便而膠囊式后注漿則較為復(fù)雜，因此，前者應(yīng)用更為廣泛。

樁端樁側(cè)復(fù)合注漿同時對樁端、樁側(cè)進(jìn)行加固，而單一的樁端注漿則僅對樁端及樁端上部一定范圍的土體進(jìn)行加固，因此，理論上前者的注漿效果優(yōu)于后者，但樁側(cè)注漿對樁基承載力貢獻(xiàn)的比例仍無定論，缺乏大量的試驗資料。

2.2 灌注樁成孔工藝

灌注樁成孔工藝分為干作業(yè)成孔與泥漿護(hù)壁成孔，其中后注漿在泥漿護(hù)壁成孔中的應(yīng)用較多。常用的泥漿護(hù)壁成孔又可分為正、反循環(huán)成孔工藝、沖擊成孔工藝、旋挖成孔工藝等。

成孔工藝對于后注漿效果的影響主要體現(xiàn)在樁側(cè)泥皮與樁端沉渣的厚度，沉渣與泥皮的厚度越大，則后注漿的效果越差，甚至可能出現(xiàn)由于泥皮過厚而導(dǎo)致漿液無法注入，直接返上地面的情況。

樁端沉渣的厚度可在施工中通過清孔等措施降低，而樁側(cè)泥皮厚度的可控性較差，基本取決于成孔工藝，以上幾種工藝泥皮厚度自大而小依次為：正循環(huán)成孔、反循環(huán)成孔、沖擊成孔、旋挖成孔。因此，從理論上講，正循環(huán)成孔灌注樁后注漿的效果最差，而旋挖成孔灌注樁后注漿的效果最好。

3 對比試驗

3.1 試驗條件

太原市某項目樁基工程進(jìn)行了三組試錨樁破壞性載荷試驗，試驗條件如下：S1，旋挖成孔，樁端開放式后注漿；S2，沖擊成孔，樁端開放式后注漿；S3，沖擊成孔，樁端樁側(cè)復(fù)合注漿。

3.2 工程地質(zhì)條件

取距離試驗樁最近的鉆孔數(shù)據(jù)，樁身穿越土層參數(shù)見表1。

表1 試樁地層情況表

從表1可以看出，場地地層較均勻、平坦，三組試樁的地層情況差別不大，試驗具有很好的可比性。

3.3 樁基設(shè)計與施工

試驗樁設(shè)計樁長45 m，樁徑800 mm，混凝土設(shè)計強度等級C40，樁端持力層為第⑧層粗礫砂，計算非注漿情況下單樁豎向承載力分別為7 520 kN,7 200 kN,7 050 kN，平均約7 250 kN，預(yù)估注漿后單樁豎向極限承載力12 000 kN。

S1,S2,S3樁端后注漿注漿量均為2 000 kg；S3樁側(cè)注漿三道，自樁端向上每10 m設(shè)置一道，每道注漿量500 kg。

灌注樁施工嚴(yán)格按規(guī)范要求進(jìn)行，三組試樁樁端沉渣均滿足規(guī)范要求，小于100 mm；充盈系數(shù)按編號次序依次為：1.25,1.31,1.23。

3.4 載荷試驗

單樁豎向抗壓靜載試驗采用慢速維持荷載法，首次加載3 200 kN，每級加載1 600 kN，直至滿足JGJ 106—2003建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范規(guī)定的破壞條件；試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 靜載試驗記錄表

表2試驗結(jié)果表明，三組試樁均在加載至16 000 kN時達(dá)到破壞，只是樁頂沉降量有差異，需要說明的是，S1，S3在最大加載時，維持時間3 h，沉降量基本趨于穩(wěn)定，而S2在最后一級加載后，Q—s曲線出現(xiàn)陡降，加載15 min后停止試驗。

通過試驗，最終將單樁豎向極限承載力確定為14 400 kN，能夠達(dá)到設(shè)計預(yù)估的承載力12 000 kN，并且與非注漿情況下計算的承載力7 250 kN相比，承載力提高量將近100%，說明該工程使用后注漿工法效果明顯。

3.5 成孔工藝的影響分析

通過試樁S1，S2的對比可以發(fā)現(xiàn)，每級加載時，S2的樁頂總沉降量均大于S1，最后幾級加載時，沉降量差異保持在10 mm左右，最大加載時，S1沉降量雖然超過40 mm，但仍能趨于穩(wěn)定，而S2樁則基本完全破壞。

由于兩樁施工時，樁底沉渣的厚度控制比較嚴(yán)格，差異不大，且兩樁灌注混凝土的充盈系數(shù)相近，說明擴徑情況基本相似。由此推論，如果排除其他特殊因素，造成沉降差異的原因應(yīng)在于兩種成孔工藝的泥皮厚度。

兩組試樁均為樁端開放式后注漿，這種形式的注漿除加固樁端的泥皮與土體外，在注漿壓力的作用下，漿液還可能沿樁側(cè)上返一定的高度，從而加固該高度范圍內(nèi)的樁側(cè)泥皮與樁側(cè)土體。旋挖成孔的泥皮厚度略小于沖擊成孔的泥皮厚度，因此注漿加固的效果略強于沖擊成孔，這與普遍的工程經(jīng)驗是相符的，而兩組試樁并不懸殊的沉降差異也從側(cè)面印證了這一點。

3.6 后注漿形式的影響分析

對比試樁S2，S3，每級加載時，S3的樁頂總沉降量均小于S2，荷載越大，沉降差也越大，最大加載時，S3沉降量趨于穩(wěn)定，而S2樁基本破壞。對比結(jié)果與預(yù)期結(jié)果是相同的，樁端樁側(cè)復(fù)合注漿優(yōu)于單一樁端注漿。

非注漿情況下計算的承載力7 250 kN，S2樁單樁豎向極限承載力14 400 kN，后注漿對承載力的提高比例為98%；S3樁在最后一級加載時，沉降量為51.62 mm，如果以16 000 kN作為該樁的極限承載力，后注漿對承載力的提高比例為120%；與單一樁端后注漿相比，額外的樁側(cè)注漿僅將承載力提高了22%，說明樁側(cè)注漿本身對承載力的貢獻(xiàn)并不大。

科研人員經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，樁端支承條件是影響基樁承載力的關(guān)鍵性因素，當(dāng)樁端支承條件較差時，其樁端阻力較小而相應(yīng)的樁端沉降較大，使樁側(cè)摩阻力在較小的剪力位移時達(dá)到極限，反之，當(dāng)樁端支承條件好時，樁端阻力較大而相應(yīng)的樁端沉降較少，使樁側(cè)摩阻力在較大的剪切位移時尚未達(dá)到極限，該理論在JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范中得到應(yīng)用。這為樁端后注漿在灌注樁后注漿技術(shù)中占主導(dǎo)地位提供了機理支撐。

4 結(jié)語

經(jīng)過試驗，該項目樁基設(shè)計最終選定旋挖成孔工藝，樁端后注漿工法的方案。

同時，通過對比分析，可得出如下結(jié)論：在相同的地層、施工條件下，1)旋挖成孔的后注漿效果優(yōu)于沖擊成孔；2)樁端樁側(cè)復(fù)合后注漿對承載力的提高優(yōu)于單一的樁端后注漿，但樁側(cè)后注漿對承載力的提高貢獻(xiàn)有限，遠(yuǎn)小于樁端后注漿。

當(dāng)然，本次試驗三種試驗條件下的樁各僅有一根，且該項目場地地層以砂層為主，試驗具有一定的局限性。希望在未來的工程項目中，能夠進(jìn)行較多類似的對比試驗，并通過大量試驗得出具有普遍意義的結(jié)論。

[1] 劉滿林,高振鯤,邢立軍，等.后注漿鉆孔灌注樁單樁承載力研究[J].施工技術(shù),2012,41(379):59-61.

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

[3] 劉利民,舒 翔,熊巨華.樁基工程的理論進(jìn)展與工程實踐[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,2002.

[4] JGJ 94—2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范[S].

[5] JGJ 106—2003，建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范[S].

Analysis on factors influencing bearing capacity of post grouting bored pile

Sun Peiyi

(ShanxiAcademyofSurvey&Design,Taiyuan030013,China)

With an introduction of post grouting method, combining with anchor-testing pile damage load test of the pile engineering project, the paper comparatively analyzes factors influencing post grouting effect, and mainly studies hole-forming technology and post grouting forms, so as to shorten pile length and improve pile foundation bearing capacity as well.

bored pile, post grouting, hole-forming technology, bearing capacity

2015-04-28

孫培義(1980- )，男，工程師

1009-6825(2015)19-0064-02

TU473.14

A