某濱海地區(qū)超長灌注樁后注漿樁基原位測試

羅先福，鄧 安，何蕃民，李 艷

(中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610023)

0 前 言

鉆孔灌注樁后注漿技術(shù)是在樁身達到一定強度后，通過預(yù)埋注漿管在樁身不同部位壓入一定量的水泥漿液，水泥漿液對樁端沉渣、樁側(cè)泥皮及樁周土體起到滲透、填充、劈裂、置換、壓密及固結(jié)等不同作用，從而大幅度地提高樁的承載力。但如何保證超長大直徑灌注樁在高含水量粉土-粉質(zhì)黏土沉積地層中后注漿的效果是業(yè)內(nèi)一大難題。

1 工程概況

某核電廠位于渤海灣附近，以濱海平原地貌為主，地形平坦，高程為-3～5.6 m。場地地層上部為第四系海陸交互相沉積層，主要為粉質(zhì)黏土，局部為粉砂和粉土；下部為第四系中更新統(tǒng)玄武巖和沉火山角礫巖，再往下揭露新近系(N)黏土巖。

基礎(chǔ)形式采用樁基礎(chǔ)，樁徑為Φ1 500-Φ1 000 mm，樁長最長約50 m，嵌入下部基巖，單樁承載力要求高達25 000 kN，采用后注漿工藝。為保證樁基工程的質(zhì)量，進行試樁研究，試樁樁位布置見圖1。采用旋挖成孔，泥漿護壁，護壁選定的水泥漿液配比為∶水灰比(W/C)∶0.65/1；膨潤土用量∶1.5%；水玻璃摻量0.5%。注漿壓力不超過2.5 MPa，一般控制在1～2.0 MPa。

圖1 核島區(qū)域試樁樁位布置圖

2 現(xiàn)場原位測試布設(shè)

2.1 試驗點位置

分別抽取進行單樁豎向承載力試驗6根樁，樁側(cè)阻力測試樁3根，單樁水平承載力試驗3根，群樁水平承載力試驗1組(3根樁)，見表1。

表1 測試樁及測試項目匯總

2.2 反力裝置

單樁豎向抗壓試驗設(shè)計加荷5 000 t，采用錨樁反力裝置，6根錨樁均入巖2.5 m。反力裝置由2根主梁(長、寬、高分別為11、0.9、1.8 m)和3根副梁(長、寬、高分別為12、0.9、1.8 m)組成，副梁橫搭在6個錨樁上，副梁與錨樁通過鋼筋連接。水平加載試驗由相鄰樁施加反力進行加載，原狀土水平靜載試驗最大荷載按180 t考慮，液化處理后地基水平靜載試驗最大荷載按270 t考慮。

2.3 加荷及觀測系統(tǒng)

1)加荷系統(tǒng)：單樁豎向抗壓靜載試驗加荷裝置由12臺QW630 t液壓千斤頂并聯(lián)、80 MPa大流量電動油泵站1臺及配套油路組合而成。12臺630 t千斤頂可以施加的最大荷載為：12×630×0.8=6 048 t(最大理論加荷的80%)，可以滿足5 000 t的加荷要求。

樁側(cè)土摩阻力試驗時，預(yù)估最大加荷1 500 t，選用4臺630 t千斤頂并聯(lián)出力。

水平加載：采用320 t或630 t分離式雙油路立臥兩用油壓千斤頂和高壓油泵站施加水平力。

2)觀測設(shè)備：荷載大小由壓力傳感器通過ST3000型樁基靜載荷試驗自動觀測系統(tǒng)(安裝現(xiàn)場見圖2)自動控制；位移觀測采用在樁頂附近對稱安裝的4個位移傳感器通過ST3000樁基靜載荷試驗自動觀測系統(tǒng)自動記錄。在試驗樁樁身埋設(shè)電阻應(yīng)變式鋼筋計及電應(yīng)變儀測試樁身應(yīng)力及樁側(cè)摩阻力。

圖2 試驗加載系統(tǒng)現(xiàn)場安裝

3 測試結(jié)果分析

3.1 樁身豎向承載力測試分析

豎向抗壓試驗最大加荷量50 000 kN，分15級等量加荷，每級荷載3 333 kN。加載過程中發(fā)現(xiàn)，樁頂未加樁帽的測試樁產(chǎn)生保護層開裂現(xiàn)象，而設(shè)置鋼護筒樁帽的樁頭完好(見圖3)。對Z14、Z22、Z31三根測試樁進行樁身豎向承載力測試，三根樁的Q～s曲線比較接近直線，以Z14樁為例，從豎向抗壓靜載試驗Q～s曲線圖接近直線(如圖4所示)。

圖3 無樁帽、加樁帽的樁頭破壞情況

圖4 豎向抗壓靜載試驗Q～s曲線(Z14樁)

從單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)果看(見圖5)，本次試驗樁在最大荷載5 000 t作用下，樁身混凝土均未破壞，樁基持力層氣孔狀玄武巖均未出現(xiàn)破壞，樁頂沉降能夠達到相對穩(wěn)定標準，反映樁基豎向抗壓承載力極限值可以達到5 000 t。反映出本次采用后注漿工藝的樁基完全能滿足高承載力的要求。

圖5 軸力分布圖(Z14樁)

測試樁在不同荷載下的軸力分布均呈出同一規(guī)律，樁頂軸力最大，沿樁深度方向近似線性減小，表明樁側(cè)土體產(chǎn)生了摩阻力作用，沿深度方向上逐步抵消了樁身軸力。隨著荷載的變大，軸力分布曲線的斜率增大，表明上部荷載越大，樁側(cè)土體的摩阻力作用發(fā)揮越大。

從測試結(jié)果分析，樁頂上部2 m范圍內(nèi)的樁側(cè)阻力較小，不同深度的摩阻力因土層的差異發(fā)揮的大小不一，可塑黏性土層的摩阻力最大，粉土粉砂層次之，軟塑黏性土最差，與勘察報告提出的指標較為吻合，見表2。從測試結(jié)果看，后注漿段的樁側(cè)阻力得到較大的提高，提高比例達100%～400%。

3.2 樁身水平承載力測試分析

液化區(qū)域處理前后的實測單樁水平承載力對比如表3所示。對比試驗結(jié)果，液化處理后的單樁水平承載力增大50%～60%，樁周水平抗力系數(shù)提高100%～130%，液化處理加固效果明顯。

表3 地基土處理前后單樁水平承載力特征值及m值的對比

4 結(jié) 論

1)濱海軟土地區(qū)經(jīng)樁端、樁側(cè)后注漿工藝處理后的樁基承載力可得到提高，能滿足較高承載力的要求。樁身下部后注漿段的側(cè)阻力及端阻力提高100%～400%。

2)在樁基上部加載初期，荷載主要由樁側(cè)阻力承擔，加載完成后樁身承載力主要由樁端承擔荷載，受力模式最終呈現(xiàn)為端承摩擦樁，樁端承擔荷比例為50%～80%。

3)樁頂2 m范圍內(nèi)的土層因施工擾動使其摩阻力減弱，施工時應(yīng)加強保護。樁身承載力計算時，應(yīng)對樁頂2 m范圍內(nèi)的土層摩阻力進行折減。

4)通過振沖樁液化處理后，樁身的水平承載力可提高50%～60%，樁周土水平抗力系數(shù)可提高100%～130%。

5)樁頂以下1/2樁長范圍內(nèi)為主要受彎矩范圍，樁基設(shè)計時應(yīng)加強該段的抗彎配筋設(shè)計。

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