樁端后壓漿工藝對單樁承載力及樁身沉降的影響分析

張 成，萬曉峰，劉傳新，唐連權(quán)，王甘林

(1. 蘇交科集團股份有限公司，南京 210019; 2. 江蘇省地下空間探測技術(shù)工程實驗室，南京 210000)

特大型跨海、跨江橋梁對樁基礎(chǔ)承載力和沉降的控制要求越來越高，傳統(tǒng)的依靠增加樁長、樁徑來提高承載力、控制樁身沉降的方法，不但增加了整個工程的造價，而且樁長過長，給施工帶來了很大的困難。因此，在總結(jié)和實踐的基礎(chǔ)上，樁端后壓漿工藝應運而生。通過對樁端進行后壓漿，壓力漿液對樁底沉渣、擾動土和樁側(cè)泥皮進行固化，使樁身承載力得到提高，減小了樁身沉降，同時降低了工程造價，取得了良好的經(jīng)濟效益。

基于樁端后壓漿的作用機理，樁身承載力得到提高已被行業(yè)廣泛認可，但由于地質(zhì)條件的復雜性，且壓漿效果受土性、孔隙率、顆粒大小以及水環(huán)境等多重因素的影響，承載力具體能夠提高多少還需要進一步研究[1-4]。本文結(jié)合臺州灣大橋試樁自平衡法承載力試驗，通過對試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，對比壓漿前后承載力、樁側(cè)摩阻力和樁身豎向位移變化，以此評價樁端后壓漿工藝對單樁承載力和樁身沉降的影響。

1 項目概況

1.1 工程簡介

浙江省臺州灣大橋及接線工程起于臺州市三門縣六敖鎮(zhèn)，接三門灣大橋及接線工程，終點與溫嶺市城南鎮(zhèn)附近樂清灣大橋及接線工程相接，路線全長 102.434 km。

1.2 地質(zhì)條件

該項目跨線長，全線地質(zhì)差異較大，地質(zhì)條件復雜。跨海段試樁地層上部多以淤泥、淤泥質(zhì)黏土為主，樁身中下部土層為粉質(zhì)黏土夾雜部分粉砂層為主，樁端持力層為含黏性土的圓礫層；陸上段試樁地層上部主要以淤泥質(zhì)黏土為主，樁身中下部主要為粉質(zhì)黏土夾部分粉砂層，樁端持力層多以粉質(zhì)黏土為主。

1.3 試樁概況

本次的9根試樁全部采用樁端后壓漿工藝，試樁詳細參數(shù)如表1所示。

表1 試驗參數(shù)

2 測試方法和過程

該項目試樁樁長較長、承載力大且多位于海上，現(xiàn)場的場地條件難以滿足傳統(tǒng)的堆載法試驗，因此，該批試樁測試采用自平衡法。試樁試驗分為壓漿前和壓漿后兩次加載，為了更準確地得到試樁壓漿前后的極限承載力，試樁均埋設(shè)了雙荷載箱。兩個荷載箱將整根樁分成了A、B、C三段，加載順序如下：

(1) 成樁滿足休止期后開始加載下荷載箱，測出注漿前C段及樁端承載力。

(2) 下荷載箱加載結(jié)束后，逐級卸載，然后加載上荷載箱，測出B段承載力。

(3) 借用下荷載箱保壓，使B和C樁體共同對A形成反力，繼續(xù)加載上荷載箱，得到A段承載力。

(4) 樁端后注漿，至少20天后繼續(xù)加載下荷載箱，測出注漿后C段承載力。

(5) 下荷載箱加載結(jié)束后，對下荷載箱逐級卸載，然后加載上荷載箱，測出B段承載力。

(6) 借用下荷載箱保壓，使B和C樁體共同對A形成反力，繼續(xù)加載上荷載箱，得到A段承載力。

3 結(jié)果分析

3.1 承載力結(jié)果分析

根據(jù)試驗測試結(jié)果，將實測極限承載力與設(shè)計單樁承載力做對比，結(jié)果如表2～3和圖1～5所示。

表2 承載力試驗成果匯總

表3 壓漿前后樁端、整樁承載力提高幅值

圖1 壓漿前后實測承載力與壓漿后設(shè)計承載力比值對比

圖2 壓漿前后樁端部分承載力提高百分比

圖3 壓漿前后樁側(cè)承載力提高百分比

圖4 壓漿前后整樁承載力提高百分比

圖5 壓漿前后樁端、樁側(cè)貢獻比

綜上可知，壓漿后的承載力相較壓漿前有了顯著的提高，樁端承載力提高幅度為76.7%～263.0%，樁側(cè)承載力提高幅度為20.4%～43.7%，整根樁的承載力提高幅度為37.5%～49.6%。樁端承載力的提高幅度高于樁側(cè)承載力的提高幅度，且樁端承載力的增加值在整樁承載力增加值中占主導地位，樁端承載力增加值占59.3%，樁側(cè)部分占40.7%。

3.2 荷載-沉降分析

根據(jù)試樁的測試情況得到相應的Q-s曲線及s-lgt曲線，采用等效轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換至樁頂，得到該試樁等效轉(zhuǎn)換曲線。選取兩根典型的試樁壓漿前后轉(zhuǎn)換Q-s曲線(如圖6所示)對壓漿前后樁身沉降變化進行分析。

(a)

(b)

由圖6可知，壓漿后的荷載-位移曲線位于壓漿前荷載-位移曲線的上方，說明同等荷載條件下，壓漿后的樁身沉降明顯要比壓漿前的沉降值小。由圖6(a)可知，壓漿前極限承載力15 724 kN，樁身沉降27.18 mm，壓漿后同等荷載下 (為便于分析，近似為線性關(guān)系，通過內(nèi)插法求出沉降)的樁身沉降12.40 mm；由圖6(b)可知，壓漿前極限承載力21 892 kN，樁身沉降32.89 mm，壓漿后同等荷載下樁身沉降17.12 mm。

通過對兩幅典型Q-S曲線進行分析，同等荷載條件下，壓漿后位移量較壓漿前位移量明顯減小，減少百分比分別為54.37%和47.95%。

4 結(jié)論

本文以臺州灣大橋試樁自平衡測試為工程背景，介紹了自平衡加載原理及測試過程，主要對壓漿前后的測試數(shù)據(jù)進行分析，對比壓漿前后承載力及位移沉降，得出如下結(jié)論：

(1) 壓漿后單樁承載力較壓漿前明顯提高。整樁承載力提高幅度為37.5%～49.6%，其中，樁端部分提高幅度為76.7%～263.0%，樁側(cè)承載力提高幅度為20.4%～43.7%。

(2) 樁端承載力的增加值在整樁承載力增加值中占主導地位，其中，樁端承載力增加值占59.3%，樁側(cè)部分占40.7%。

(3) 壓漿后的樁身沉降較壓漿前明顯減少，樁端后壓漿技術(shù)對于減少樁身不均勻沉降具有明顯效果。

綜上所述，樁端后壓漿技術(shù)對于提高基樁承載力，加固樁端土體減小樁身沉降具有顯著效果，特別適用于江、河、海上對于樁身沉降有嚴格要求的大直徑基樁，其對保證基樁工程質(zhì)量，提高工程安全系數(shù)具有重要意義。