后壓漿灌注樁處理軟基工程試驗(yàn)研究

王 鑫，張 強(qiáng)

（1.天津津質(zhì)工程技術(shù)咨詢有限公司，天津市300092；2.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，天津市300051）

后壓漿灌注樁處理軟基工程試驗(yàn)研究

王 鑫1，張 強(qiáng)2

（1.天津津質(zhì)工程技術(shù)咨詢有限公司，天津市300092；2.天津市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，天津市300051）

結(jié)合實(shí)體工程現(xiàn)場試驗(yàn)，對后壓漿灌注樁與普通灌注樁單樁承載力、樁端阻力以及樁側(cè)阻力的分布情況進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：后壓漿灌注樁上部樁側(cè)摩阻力更容易充分發(fā)揮，對于軟土地基承載力的改善較明顯，可廣泛應(yīng)用于軟土地基處理中。

后壓漿灌注樁；普通灌注樁；樁基承載力；樁側(cè)阻力

0 引言

后壓漿灌注樁是普通灌注樁達(dá)到一定齡期后，通過預(yù)埋在樁身的灌漿管把水泥漿壓入樁側(cè)和樁底土體，加固樁底和樁側(cè)一定范圍的土體，從而提高樁的承載力，減少樁基沉降[1,2]。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，后壓漿灌注樁在地基處理中的應(yīng)用越來越廣泛，但在軟土地基處理中的應(yīng)用較少[3]。為了研究后壓漿灌注樁對軟土地基承載力的增強(qiáng)效果，本文結(jié)合實(shí)體工程，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，通過后壓漿灌注樁與普通灌注樁的對比分析，研究后壓漿灌注樁單樁承載力、樁端阻力以及樁側(cè)阻力的分布規(guī)律，進(jìn)而明確后壓漿灌注樁對于軟基的改善機(jī)理及效果。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)場地地質(zhì)條件

試驗(yàn)場地位于某沿海地區(qū)，地質(zhì)情況見表1，表2。

表1 試驗(yàn)場地地質(zhì)情況

1.2 試驗(yàn)方案

目前，對比壓漿樁和非壓漿樁的靜載試驗(yàn)方法有復(fù)式對比法和平行對比法。雖然復(fù)式對比法能節(jié)省費(fèi)用，實(shí)際應(yīng)用較多，但由于要對同一根樁在壓漿前后進(jìn)行兩次靜載試驗(yàn)，測試結(jié)果存在很大的不確定性[4,5]，因此采用平行對比法。

選擇代表性場地打6根灌注樁，樁直徑800 mm，樁長42 m，混凝土強(qiáng)度等級C40。成樁后選擇3根樁進(jìn)行注漿。為了便于對比研究，后壓漿采用復(fù)式注漿，自樁底每隔12 m設(shè)置一道環(huán)形樁側(cè)注漿閥，共設(shè)3道，樁端設(shè)置兩個(gè)樁端注漿閥，樁側(cè)注漿水泥用量每道取300 kg，樁側(cè)注漿水泥總量為900 kg，樁端注漿水泥用量為1 100 kg，單樁注入水泥2 000 kg。水灰比控制在0.6～0.7，并根據(jù)試注漿適當(dāng)調(diào)整。注漿時(shí)間在成樁后2 d進(jìn)行。注漿使用3SNS型注漿泵，水泥采用PSA32.5礦渣硅酸鹽水泥。成樁后分別對樁徑、樁長及樁身完整性等進(jìn)行檢測，數(shù)據(jù)見表3。

根據(jù)地層條件分別在主要土層分界面深度5 m、10 m、15.5 m、20 m、25 m、29 m、33 m、40 m 埋設(shè)振弦式鋼筋計(jì)。在樁內(nèi)每個(gè)截面上安裝4個(gè)鋼筋計(jì)，對稱分布，以測試樁身軸力。

表2 地層物理力學(xué)參數(shù)

表3 成樁檢測數(shù)據(jù)一覽表

2 靜載試驗(yàn)分析

靜載試驗(yàn)采用堆載法，檢測方法為慢速維持荷載法。試驗(yàn)在成樁后28 d進(jìn)行。分別對6根試驗(yàn)樁進(jìn)行極限靜載測試。后壓漿灌注樁施加荷載分11級，每級加荷數(shù)量為1 100 kN，第一級加荷量為2 200 kN，最大加荷量為12 100 kN。普通灌注樁施加荷載分10級，每級加荷數(shù)量為650 kN，最大加荷量為6 500 kN。6根灌注樁的Q-S曲線如圖1所示。

圖1 后壓漿樁與普通灌注樁Q-S曲線對比

對比發(fā)現(xiàn)：三組后壓漿試驗(yàn)樁破壞模式均為漸進(jìn)破壞，s-lgt曲線（見圖2）未有明顯下彎。相同地質(zhì)條件下的三組普通灌注樁靜載試驗(yàn)Q-S曲線，則呈現(xiàn)出刺入破壞的趨勢，s-lgt曲線（見圖3）尾部有明顯的下彎，說明隨著加荷時(shí)間的延長，樁頂沉降在不斷增加。相同地質(zhì)條件、相同樁長及直徑下的兩類試驗(yàn)樁，采用后壓漿工藝的灌注樁極限承載力高達(dá)11 000 kN，極限破壞呈漸進(jìn)型破壞，而未采用后壓漿工藝的灌注樁極限承載力為5 850 kN，極限破壞呈刺入破壞。采用后壓漿工藝使單樁豎向承載力較普通樁提高88%，從Q-S曲線分析，后壓漿灌注樁在加荷至最后一級（12 100 kN）時(shí)，s-lgt曲線未有明顯下彎，說明后壓漿灌注樁具有更大的承載潛力。

3 樁身軸力分析

進(jìn)行靜載試驗(yàn)的同時(shí)實(shí)測各級荷載下測量截面的鋼筋計(jì)頻率變化，從而計(jì)算鋼筋軸力及應(yīng)力，再根據(jù)鋼筋與混凝土應(yīng)力比（彈性模量比）計(jì)算各測量截面的軸力。由于鋼筋計(jì)都是根據(jù)地質(zhì)資料安裝在各土層的分界面上，因此各土層的平均摩阻力按式（1）計(jì)算：

式（1）中：As為第 i樁段的側(cè)表面積，m2;Qi為第 I層分界面處的軸力,kN。

持力層樁端承力按式（2）計(jì)算：

式（2）中：Ap為樁端截面積 m2；Qup為樁端軸力，kN。

計(jì)算各土層的分段摩阻力及樁端的承載力，根據(jù)樁身軸力分別計(jì)算出普通灌注樁和后壓漿灌注樁各試驗(yàn)樁段的樁側(cè)單位阻力和樁端阻力，將兩種樁側(cè)單位阻力和樁端阻力平均值進(jìn)行比較，繪于后壓漿樁側(cè)、樁端阻力增長特征圖，如圖4所示。

圖2 后壓漿灌注樁s-lgt曲線

圖3 普通灌注樁s-lgt曲線

從特征圖看出，經(jīng)過樁側(cè)、樁端復(fù)式注漿，樁側(cè)及樁端承載力均有較大提高，樁側(cè)阻力最大提高125%，最低提高53%，樁端阻力較普通樁提高45%。這與試驗(yàn)加荷分級和極限承載力取值標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。本試驗(yàn)極限承載力取值標(biāo)準(zhǔn)為樁頂沉降大于40 mm的前一級荷載，經(jīng)樁端注漿后的樁端承載力會(huì)隨樁頂荷載的增加及樁身下移而逐步發(fā)揮出來，說明樁端阻力具有尚未完全發(fā)揮出來的潛力。注漿方案的確定主要根據(jù)地層條件、樁基的工作性質(zhì)和承載力要求而定。一般情況下，對于抗壓承載力提高幅度不高時(shí)（小于40%），可采用樁底單獨(dú)注漿；當(dāng)要求承載力提高幅度較高時(shí)（大于40%），可采用樁底和樁側(cè)復(fù)式注漿；對于抗拔樁可采用樁側(cè)單獨(dú)注漿。

圖4 后壓漿樁側(cè)、樁端阻力增長特征圖

4 后壓漿灌注樁承載力提高原因分析

從以上數(shù)據(jù)分析可知，通過樁側(cè)和樁端注漿，樁身穿越的土層摩阻力明顯提高，這是單樁承載力提高的主要原因。從樁身側(cè)阻力與樁頂荷載的關(guān)系（見圖5）可以看出，樁側(cè)阻力隨樁頂荷載增加從上向下逐步發(fā)揮，在達(dá)到極限荷載時(shí)，樁側(cè)阻力增加幅度逐漸減小。

試驗(yàn)表明，15 m以上的淤泥質(zhì)黏土及粉質(zhì)黏土在樁側(cè)注漿作業(yè)下樁側(cè)阻力增長明顯，后壓漿主要起到擠密充填作用。部分開挖發(fā)現(xiàn)樁側(cè)包裹一層厚度為20 mm左右的水泥漿層，這是由于漿液在壓力作用下對樁側(cè)土進(jìn)行擠壓，在樁徑擴(kuò)大的同時(shí)，沿著軟弱面向上運(yùn)動(dòng)，對泥皮層和樁側(cè)土體進(jìn)行擠密，漿液充填于擠密后產(chǎn)生的空隙，固結(jié)后形成強(qiáng)度較高的水泥結(jié)石，相當(dāng)于增大了樁身直徑。對29 m以下的粉砂層注漿作用表現(xiàn)為滲透固結(jié)作用。漿液在較小的壓力下滲入樁側(cè)土體中一定距離，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、強(qiáng)度高的結(jié)石體，增大樁側(cè)的摩阻力。因此，在上部荷載一定的條件下，可減少樁長或樁徑，進(jìn)而調(diào)整樁端持力層。當(dāng)上部有一定厚度的適于注漿的較好土層時(shí)，較之普通灌注樁，可選擇上部較好土層為樁端持力層，提高樁基施工效率。

圖5 后壓漿灌注樁樁側(cè)阻力與樁頂荷載關(guān)系圖

5 結(jié)論

通過普通灌注樁、后壓漿灌注樁現(xiàn)場試驗(yàn)對比，得出以下結(jié)論：

（1）以樁頂沉降量40 mm控制靜荷載試驗(yàn)的極限承載力，后壓漿灌注樁表現(xiàn)出漸進(jìn)破壞，而普通灌注樁則為趨向刺入破壞，后壓漿工藝使單樁豎向承載力較普通樁提高88%，且具有更大的承載潛力。

（2）經(jīng)過樁側(cè)、樁端復(fù)式注漿，樁側(cè)及樁端承載力均有較大提高，樁側(cè)阻力提高約53%～125%，樁端阻力較普通樁提高45%，經(jīng)樁端注漿后的樁端承載力會(huì)隨樁頂荷載的增加及樁身下移而逐步發(fā)揮出來。

（3）注漿方案需根據(jù)地層條件、樁基的工作性質(zhì)和承載力要求確定。一般情況下，對于抗壓承載力提高幅度不高時(shí)（小于40%），可采用樁底單獨(dú)注漿；當(dāng)要求承載力提高幅度較高時(shí)（大于40%），可采用樁底和樁側(cè)復(fù)式注漿；對于抗拔樁可采用樁側(cè)單獨(dú)注漿。

（4）由于后注漿可顯著提高樁基承載力，在上部荷載一定條件下，可減少樁長或樁徑，進(jìn)而可調(diào)整樁端持力層。當(dāng)上部有一定厚度的適于注漿的較好土層時(shí)，較之普通灌注樁，可選擇上部較好土層為樁端持力層，提高樁基施工效率。

[1]許才華,龔輝,程國良.后壓漿灌注樁的改良特性研究[J].路基工程,2009(5):123-124.

[2]石堅(jiān),李敏.后壓漿灌注樁工程特性的試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑,2006(12):73-75.

[3]姚建平,蔡德鉤,朱健,等.后壓漿鉆孔灌注樁承載特性研究[J].巖土力學(xué),2015,36(S1):513-517.

[4]黃生根,張曉煒,曹輝.后壓漿鉆孔灌注樁的荷載傳遞機(jī)理研究[J].巖土力學(xué),2004(2):251-254.

[5]鄧祥輝,張永杰,房海勃.后壓漿鉆孔灌注樁承載力分析與試驗(yàn)研究[J].建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2015(2):58-64.

TU473.1

A

1009-7716（2017）10-0174-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.053

2017-04-26

王鑫（1990-），女，陜西安塞人，碩士，助理工程師，從事道路工程研究工作。