某渡槽后注漿灌注樁適應(yīng)性試驗(yàn)研究

何麗娟，張衛(wèi)軍，朱 琦

(1.湖北省水利水電科學(xué)研究院，湖北武漢430070；2.湖北正平水利水電工程質(zhì)量檢測有限公司，湖北武漢430070)

0 引 言

鉆孔灌注樁因施工方便、承載力高、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在工程中得到了廣泛的應(yīng)用[1- 3]，但施工中樁側(cè)的泥皮、沉渣過厚和孔壁松弛等問題，對鉆孔灌注樁的完整性和承載能力具有一定的影響[4- 6]。后注漿技術(shù)因注漿體的滲透固結(jié)、填充擠密及劈裂加筋等作用效應(yīng)[7- 8]，一定程度上能克服鉆孔灌注樁的固有缺陷。但在不同地質(zhì)條件和水文條件下，注漿效果存在較大差別，因此工程中經(jīng)常采用試驗(yàn)樁來驗(yàn)證后注漿技術(shù)的工程適應(yīng)性。本文對鄂北地區(qū)水資源配置工程某渡槽的多根試驗(yàn)樁體進(jìn)行注漿前后的性能試驗(yàn)(包括低應(yīng)變、高應(yīng)變、靜載和樁身應(yīng)力等)，研究了特定地質(zhì)條件下，后注漿技術(shù)對樁體完整性和承載能力的影響，對為工程設(shè)計(jì)和施工等提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 工程概況

鄂北地區(qū)水資源配置工程第2標(biāo)段渡槽槽身下部支撐結(jié)構(gòu)為圓端形重力墩接混凝土灌注樁形式，樁徑1.5 m，混凝土強(qiáng)度C25，樁長24.5～28.5 m，設(shè)計(jì)持力層為第三系泥巖(半成巖)，試驗(yàn)樁數(shù)5根，設(shè)計(jì)承載力極限值13 600 kN，采用樁端與樁側(cè)后注漿。

根據(jù)勘察報(bào)告可知， 該渡槽屬于襄棗盆地東緣崗地地貌，地形略有起伏，局部地段為低洼地帶，自然坡度小于10°，區(qū)內(nèi)農(nóng)田密布。沿線出露及揭示的地層主要為上第三系、第四系中更新統(tǒng)地層，其成因類型主要為坡積。地層簡單，主要為粘土及半成巖狀泥巖、砂質(zhì)泥巖。主要地層及巖性特征為①上更新統(tǒng)閻莊組坡積層：巖性主要為黃褐色、褐黃色、紅褐色黏土，含藍(lán)灰色條帶狀或網(wǎng)紋狀高嶺土條紋或條帶，局部含黑褐色鐵錳質(zhì)氧化物及其結(jié)核，下部含鈣質(zhì)結(jié)核或團(tuán)塊，局部鈣質(zhì)物偏高，具中等膨脹土。②上第三系：該地層巖性以藍(lán)灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，多呈半固結(jié)而半成巖狀態(tài)，局部固結(jié)較好。

2 試驗(yàn)及結(jié)果分析

為檢驗(yàn)后注漿在該特定地質(zhì)條件下的適應(yīng)性，共設(shè)置5根試驗(yàn)樁(編號分別為S1～S5)，對注漿前后樁體的完成性和承載能力等進(jìn)行試驗(yàn)，分別進(jìn)行低應(yīng)變檢測、高應(yīng)變檢測、單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)、樁身應(yīng)力測試等試驗(yàn)。

2.1 低應(yīng)變試驗(yàn)。

采用反射波法對基樁進(jìn)行低應(yīng)變動(dòng)測，根據(jù)反射波的相位特征，推測樁身結(jié)構(gòu)完整性情況。試驗(yàn)采用低應(yīng)變法共檢測樁身完整性4次：第1次單樁豎向抗壓靜載試前以及靜載后(高應(yīng)變試驗(yàn)樁前)均采用低應(yīng)變法對5根試驗(yàn)樁進(jìn)行檢測。高壓注漿后，第2次單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)前及抗壓靜載試驗(yàn)后，采用低應(yīng)變法檢測了4根試驗(yàn)樁。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 注漿前后低應(yīng)變測試結(jié)果

由表1可知，受檢樁樁身完整性良好，所有受檢樁試驗(yàn)后均為Ⅰ類完整樁，應(yīng)力波的傳播速度在樁體注漿前后及抗壓靜載試驗(yàn)前后基本一致，說明在當(dāng)前條件下，樁體的完整性和應(yīng)力波的傳播速度不受樁體注漿和抗壓靜載試驗(yàn)的影響，原因可能是注漿和靜載試驗(yàn)前樁體完整性較好，后注漿漿液基本未滲透到樁體混凝土孔隙中，靜載試驗(yàn)對樁體的壓縮效應(yīng)不明顯。

2.2 高應(yīng)變試驗(yàn)

在重錘的沖擊作用下，獲得樁體的瞬態(tài)高應(yīng)變力、應(yīng)變狀態(tài)，在CASE法分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料及實(shí)測時(shí)程曲線，對試驗(yàn)樁進(jìn)行曲線擬合計(jì)算(CCWAPC)，以獲得試驗(yàn)樁的側(cè)阻及端阻分布情況，試驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

表2 CASE法檢測結(jié)果

表3 CCWAPC法檢測結(jié)果

由表2、表3可知，5根試驗(yàn)樁體單樁豎向極限承載力均大于設(shè)計(jì)承載力極限值13 600 kN，且CASE法和CCWAPC法能相互印證。

2.3 單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)

試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，即逐級加載，每級荷載達(dá)到相對穩(wěn)定后再加下一級荷載。對S1、S2、S4試驗(yàn)樁進(jìn)行了注漿前后的靜載試驗(yàn)分析，通過注漿前后承載力比對，以驗(yàn)證后注漿對豎向抗壓承載能力的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖1。

圖1 試驗(yàn)樁注漿前后的荷載-位移曲線

由圖1可知，試驗(yàn)樁體注漿前極限承載力值分別為17 680、19 040、17 680 kN，注漿后極限承載力值分別為19 040、20 400、19 040 kN，均滿足極限承載力設(shè)計(jì)值13 600 kN的要求，且極限承載能力有一定的提升，平均提高7.5%，說明當(dāng)前條件下，后注漿對單樁豎向抗壓承載能力有一定的改善作用。同時(shí)，與高應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對可知，動(dòng)載試驗(yàn)與靜載試驗(yàn)對比結(jié)果一致性良好，說明高應(yīng)變動(dòng)測和單樁豎向抗壓靜載試驗(yàn)結(jié)果可靠。

2.4 樁身應(yīng)力測試

對S1、S2、S4試驗(yàn)樁進(jìn)行灌漿前后樁身軸力、摩阻力的測試。根據(jù)鋼筋計(jì)測得注漿前后各樁身軸力和樁側(cè)摩阻力在各級荷載作用下沿深度分布情況，結(jié)果分別如圖2、3所示，注漿前后各樁體極限端阻力取值情況見表4。

圖2 試驗(yàn)樁注漿前后樁身軸力沿深度分布情況

圖3 試驗(yàn)樁注漿前后摩阻力在各級荷載作用下沿深度分布情況

由圖2可知，同一根樁在同級荷載條件下，樁身軸力隨深度的增加基本呈減小趨勢，注漿前后變化趨勢基本相同；在不同等級荷載條件下，隨加載荷載的增加，樁身軸力呈增大趨勢，注漿前后變化趨勢基本相同。注漿前后樁身軸力未見明顯變化規(guī)律。

由圖3可知，樁側(cè)摩阻力在壓漿后整體有變大的趨勢，側(cè)摩阻力有小幅提升，說明后注漿使該樁體抵抗豎向荷載能力增強(qiáng)。

由表4可知，注漿前后，基樁端阻力未見明顯增加，極限端阻力約占單樁豎向極限承載力的30%左右，但端阻力在豎向極限承載力的比例有小幅降低，說明在該地質(zhì)條件下，后注漿方式對端阻力無明顯改善作用。

表4 注漿前后各樁體極限端阻力取值

3 結(jié) 論

(1)在鄂北地區(qū)水資源配置工程第2標(biāo)段渡槽鉆孔灌注樁當(dāng)前施工方式和地質(zhì)條件下，后注漿對樁體完整性無明顯影響，主要原因可能是注漿前樁體混凝土較為密實(shí)所致。

(2)后注漿對單樁豎向抗壓承載能力有明顯的改善作用，極限承載能力約提升7.5%，主要原因是注漿后側(cè)摩阻力有明顯的提升。

(3)注漿前后樁體軸力及沿深度變化趨勢未見明顯影響，軸力未見明顯變化規(guī)律，側(cè)摩阻力有明顯的提高，端阻力未見明顯的變化，說明后注漿方式對樁體的改善作用受施工條件和地質(zhì)條件影響，工程中應(yīng)按實(shí)際條件選擇合適的注漿方式。