基于靜載荷試驗的后壓漿鉆孔灌注樁承載性能研究

摘要：后壓漿技術(shù)的實施能夠提高鉆孔灌注樁承載能力，降低樁身位移。本文以實際工程為研究背景，采用靜載荷試驗作為研究方法，對后壓漿鉆孔灌注樁承載性能進行了深入分析。研究結(jié)果表明：通過采用靜載荷試驗對實際工程中單樁承載能力進行測試，發(fā)現(xiàn)后壓漿技術(shù)能夠顯著降低荷載作用下的樁身位移，提升樁身在彈性階段的承載力；此外，使用后壓漿技術(shù)能夠通過降低樁身軸力傳遞速度和增加樁端阻力來提高樁身整體承載力。本文研究結(jié)果為后壓漿技術(shù)的應(yīng)用提供了一定的理論支持和實踐意義。

關(guān)鍵詞：靜載荷試驗；后壓漿技術(shù)；鉆孔灌注樁；承載性能；樁身軸力

中圖分類號：TU473.1"""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A""""""""""""""""" 文章編號：

Study on Bearing Capacity of Post-Grouting Bored Pile Based on Static Load Test

LI Gang

（Wuhan Jiancheng Engineering Technology Co.， Ltd.， Wuhan Hubei 430040，China）

Abstract： The implementation of post grouting technology can improve the bearing capacity of bored pile and reduce the displacement of piles. In this paper， based on the actual project as the research background， using the static load test as the research method， the bearing capacity of the post grouting bored pile is analyzed in depth. The results show that the static load test is used to test the bearing capacity of single pile in practical engineering. It is found that the post grouting technology can significantly reduce the displacement of pile body under load and improve the bearing capacity of pile body in elastic stage，and in addition， the use of post-grouting technology can improve the overall bearing capacity of the pile by reducing the axial force transmission speed of the pile and increasing the pile end resistance. The research results of this paper provide some theoretical support and practical significance for the application of post grouting technology.

Keywords： static load test; post-grouting technology; bored pile; load bearing performance; pile axial force

0 引言

后壓漿技術(shù)通過注漿工藝將漿液輸送至樁端周圍及樁身特定位置處，對樁端土層進行擠壓、密實、充填、滲透，將使樁底沉渣、樁端受到擾動的持力層得到有效地加固或壓密，并形成強度較高的水泥土，從而提高鉆孔灌注樁的單樁承載能力[1]。后壓漿技術(shù)作為一種提高鉆孔灌注樁承載能力的手段，能夠改善樁基荷載傳遞規(guī)律、減少樁基沉降，而對其改善后的荷載傳遞規(guī)律的研究工作開展較少[2]。而靜載荷試驗是現(xiàn)階段較為常用的樁基承載能力試驗方法，能夠在實際施工完成后的樁基礎(chǔ)上進行的單樁豎向極限承載力試驗，該方法具有效果顯著、理論簡單等優(yōu)點[3]。

1 研究背景分析

1.1 工程概況

本文以湖北省武漢市某工程為例，該工程為住宅項目，擬建建筑物包括1棟層高為31.0 m的住宅樓及裙樓，裙樓高度為16.5 m，高層建筑為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，裙樓為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為樁基、筏板復(fù)合基礎(chǔ)，本場地為拆遷場地，周圍無其他建筑物影響，交通方便。根據(jù)建筑物特點及場地地下巖土體分布情況，該工程樁基部分?jǐn)M采用鉆孔灌注樁及鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)方案。該工程樁基礎(chǔ)分布如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)條件

該工程場地的地質(zhì)勘察工作共揭示地下55.0 m范圍內(nèi)地層巖性，根據(jù)勘察范圍內(nèi)土體的成因、地質(zhì)時代及物理力學(xué)性質(zhì)劃分地層如下，各地層物理力學(xué)性質(zhì)見表1。

①雜填土（Qhml）：地層呈雜色，以褐黃色為主，結(jié)構(gòu)松散，力學(xué)性質(zhì)不均勻。為保障工程建設(shè)安全性，考慮到雜填土性質(zhì)復(fù)雜且不均，因此建設(shè)過程中需將該地層清除。

②粉土（Qhal+pl）：地層呈黃褐色、褐黃色，濕，稍密-中密，干強度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等。

③粉土夾粉質(zhì)黏土（Qhal+pl）：地層呈黃褐色、褐黃色，稍濕，稍密-中密，干強度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等，局部夾粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑。

④粉土（Qhal+pl）：地層呈黃褐色、褐黃色，濕，中密-密實，干強度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等。

⑤粉質(zhì)黏土（Qhal+pl）：地層呈灰黑色、灰褐色，軟塑-可塑。干強度中等，韌性中等，搖振反應(yīng)無，稍有光澤。含銹斑及少量鐵錳質(zhì)斑點，偶見蝸牛殼碎片、腐殖質(zhì)，有腥臭味。局部夾薄層粉土，灰黑色、灰褐色，濕，中密。

⑥粉土夾粉砂（Qhal+pl）：地層呈灰色、褐灰色，飽和，中密-密實。主要成分為石英、長石，含少量云母。局部夾粉砂，灰色，飽和，中密-密實。局部夾薄層粉質(zhì)黏土。

⑦細(xì)砂（Qhal+pl）：地層呈褐灰色、局部褐黃色，飽和，中密-密實。主要成分石英、長石，含少量云母。局部含鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑10 mm～30 mm。

⑧粉質(zhì)黏土夾粉土（Qp3al+pl）：地層呈灰色、灰褐色，可塑-硬塑。干強度中等，韌性中等，搖振反應(yīng)中等。含黃色銹斑、灰斑及少量鐵錳質(zhì)結(jié)核、鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑10 mm～30 mm。局部夾粉土，灰褐色、黃褐色，濕，密實。

⑨粉土夾粉質(zhì)黏土（Qp3al+pl）：地層呈黃褐色，濕，密實。干強度低，韌性低，搖振反應(yīng)中等。含黃色銹斑、灰斑及少量鐵錳質(zhì)結(jié)核、鈣質(zhì)結(jié)核。局部夾粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑-硬塑。

⑩粉質(zhì)黏土（Qp3al+pl）：地層呈黃褐色，可塑-硬塑。干強度中等，韌性中等，無搖振反應(yīng)，切面光滑，稍有光澤。

1.3 后壓漿鉆孔灌注樁概況

后壓漿的鉆孔灌注樁為隱蔽工程，其施工過程：首先安裝注漿管，待鉆孔灌注樁樁身混凝土達(dá)到預(yù)定強度后，通過事先安裝好的注漿管向樁身注入水泥漿液，以達(dá)到增加樁身強度的目的。該施工技術(shù)能夠通過注漿工藝將膠凝材料輸送至樁端虛尖周圍的松散土體中，對樁端土層進行擠壓、密實、充填、固結(jié)、滲透，使樁底沉渣、樁端受到擾動的持力層得到有效地加固或壓密，并形成強度較高的水泥土，且能夠增加樁端承壓面積，從而提高鉆孔灌注樁的單樁承載能力。

后壓漿的鉆孔灌注樁施工工藝如圖2所示，常采用的施工機具包括地上壓漿設(shè)備與地下壓漿設(shè)備，地上壓漿裝置包括攪拌器、漿液管路、壓力表、液壓閥、壓漿導(dǎo)管、漿液管路等，地下壓漿設(shè)備為事先預(yù)埋的樁端壓漿器、樁側(cè)壓漿器以及壓漿導(dǎo)管等。施工過程中待樁身混凝土達(dá)到預(yù)定強度后，通過地上壓漿設(shè)備將水泥漿液通過地下壓漿設(shè)備輸送至預(yù)定位置，以達(dá)到加強土體，提升樁身承載能力，減少樁基沉降的目的。

該工程中設(shè)計樁長為30 m，并在樁身位置共設(shè)置兩處注漿面，分別位于距離樁頂10 m和20 m的位置。以本工程為例，后壓漿鉆孔灌注樁施工過程中的關(guān)鍵技術(shù)包括壓漿參數(shù)的確定、壓漿流程及壓漿終止條件等內(nèi)容。其中壓漿參數(shù)中最主要的為壓漿量估算，單樁壓漿量的估算按下式確定[4]：

（1）

式（1）中：為壓漿量，t；為樁側(cè)壓漿量經(jīng)驗系數(shù)，其取值范圍為1.5～1.8；為樁端壓漿量經(jīng)驗系數(shù)，取值范圍為0.5～0.7；為樁側(cè)壓漿斷面數(shù)量；為樁基直徑，m。

由式（1）可知，后壓漿的單樁壓漿量主要與樁徑、樁長、樁周土體性質(zhì)等參數(shù)有關(guān)。經(jīng)計算該工程的鉆孔灌注樁注漿量應(yīng)＞2.48 t。

該工程注漿液選用P.O42.5，水灰比設(shè)置為0.5～0.6，注漿前采用攪拌設(shè)備對漿液進行攪拌、攪拌時間應(yīng)＞2 min，注漿過程中的注漿壓力范圍為3 MPa～6 MPa，在實際壓漿作業(yè)中，應(yīng)根據(jù)土層性質(zhì)與壓漿位置等參數(shù)實時調(diào)整注漿壓力。后壓漿施工是在鉆孔灌注樁混凝土施工完成的基礎(chǔ)上，后壓漿施工過程應(yīng)遵循先上后下的順序，先對樁側(cè)進行壓漿作業(yè)，最后對樁端位置進行壓漿。

在壓漿作業(yè)過程中判定壓漿作業(yè)達(dá)到設(shè)計要求的條件：①壓漿量與注漿壓力能夠達(dá)到設(shè)計要求；②注漿壓力超設(shè)置值，且注漿量超過設(shè)計值的75%[5]。

2 靜載荷試驗關(guān)鍵技術(shù)

2.1 靜載荷試驗關(guān)鍵技術(shù)

靜載荷試驗采用慢速法進行，慢速法要求各級荷載維持時間≥2 h，穩(wěn)定判斷標(biāo)準(zhǔn)為1 h內(nèi)沉降量≤0.1 mm，荷載級數(shù)為10級～12級，終止試驗標(biāo)準(zhǔn)均未出現(xiàn)可判定極限荷載的陡降段，卸載過程的單級卸載量為加載量的2倍。

根據(jù)慢速法試驗結(jié)果繪制Q-s曲線（荷載-沉降量曲線）以及一定壓力下的s-t曲線（沉降量-時間曲線），并據(jù)此判斷樁基極限承載力。在計算過程中若Q-s曲線不經(jīng)過原點，則需要進一步修正，修正后的直線方程斜率及截距可采用最小二乘法計算：

（2）

（3）

式（2）～（3）中：為直線方程斜率；為荷載級數(shù)；荷載級的單位壓力，kPa；為對應(yīng)的沉降量，mm；為直線方程沉降s軸上的截距，mm。

在慢速法計算過程中確定極限荷載值的方法包括轉(zhuǎn)折點法、二倍沉降增量法、切線交會法、全對數(shù)法、斜率法、沉降速率法及半對數(shù)法等。

2.2 現(xiàn)場測試布置

本次靜載荷試驗的靜荷載由安裝在樁頂?shù)挠蛪呵Ы镯斶M行逐級等量加荷，千斤頂所需的壓力由混凝土預(yù)制塊堆載平臺承擔(dān)。測試加荷方式為慢速維持荷載法，極限荷載值確定方法采用轉(zhuǎn)折點法，本文共選取3處樁基礎(chǔ)，各樁參數(shù)及靜載荷試驗擬加載值見表2[6-7]，靜載荷試驗位置見圖1。

3 試驗結(jié)果

3.1 樁身荷載-沉降分析

本文進行的3處單樁靜載荷試驗的Q-s曲線如圖3所示，3處單樁最大荷載下的樁身沉降量分別為31.59 mm，17.09 mm及18.90 mm，當(dāng)外部荷載歸零時，3處單樁剩余位移量分別為11.78 mm，6.34 mm和4.53 mm。本文試驗對象中Z1為未采用后壓漿工藝的鉆孔灌注樁，Z2，Z3為采用后壓漿技術(shù)的鉆孔灌注樁，根據(jù)靜載荷試驗的Q-s曲線可知，在剩余位移量方面，未采用后壓漿工藝的樁身位移約為采用后壓漿的2.16倍，說明后壓漿技術(shù)能夠很好地提升樁土界面相互作用力，提高樁身承載能力；同時采用后壓漿技術(shù)的單樁剩余變形量的數(shù)值也小于未采用后壓漿技術(shù)的樁基，說明后壓漿技術(shù)所產(chǎn)生的樁土相互作用力使得樁身在受壓過程的彈性階段效果更好。

3.2 樁身軸力分析

在靜載荷試驗過程中，分別在樁身不同高度進行了樁身軸力監(jiān)測，對試驗過程中每級荷載穩(wěn)定后的樁身各位置軸力進行監(jiān)測，受篇幅限制，本文僅展示3處試驗過程中樁頂荷載加載至4 200 kN及最大值8 200 kN時的樁身軸力分布見圖4。

由圖4可知，曲線的斜率反映了軸力的衰減情況?？梢钥闯?，在相同樁基條件下，隨著樁端荷載的增大，樁身下部所承載的力也增加，且軸力衰減速度變慢。而不同施工工藝條件下，樁身位移并未出現(xiàn)明顯變化，但考慮到最大荷載數(shù)值，在Z1樁端荷載7 400 kN時與其他樁頂荷載為8 200 kN時相比，其樁身軸力數(shù)值基本一致。說明后壓漿技術(shù)能夠提高樁身受力，使得在荷載作用下，樁身軸力傳遞更加緩慢。

3.3 樁端阻力分析

在靜載荷試驗中，樁端阻力占樁端承載力之比隨樁端荷載之間的變化關(guān)系如圖5所示，首先從整體而言，隨著樁端荷載的增加，樁端阻力占樁端承載力的比例越來越大。然而，在未采用后壓漿工藝的樁基礎(chǔ)上，隨著荷載逐漸增大，樁端阻力占樁端承載力之比逐漸趨于穩(wěn)定。本次靜載荷試驗中Z1樁端阻力占比約為15%，而Z2，Z3樁端阻力占比均大于20%。說明后壓漿明顯增加了位于樁端位置處土體面積，并且提高了土體強度。3處樁基礎(chǔ)均呈現(xiàn)出隨著樁頂荷載逐漸增加，樁端阻力占比先小后大的變化趨勢，說明在荷載施加過程中，樁側(cè)摩阻力首先發(fā)揮作用，而樁端阻力在荷載作用下具有一定的滯后性。此外，Z3中樁端阻力占比在5 800 kN時存在一處明顯突變，該數(shù)據(jù)反映的是樁端阻力占樁身整體承載力之比，而樁身側(cè)摩阻力也會對樁身承載力產(chǎn)生較大影響，而后壓漿鉆孔灌注樁在壓漿過程中其漿液再填充樁端位置后，會向上返加固樁側(cè)。此處突變表示在該荷載下樁側(cè)某位置可能出現(xiàn)一陡坎，使得樁側(cè)阻力增大，進而導(dǎo)致樁端發(fā)揮作用較小，但反觀Z3整體曲線可知，該處陡坎并未對樁端整體受力表現(xiàn)產(chǎn)生不利影響，且并未對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

為進一步明確后壓漿鉆孔灌注樁的樁身承載性能，提高后壓漿技術(shù)的應(yīng)用范圍，所得結(jié)論如下：

1） 靜載荷試驗的Q-s曲線說明在位移歸零后，未采用后壓漿工藝的樁身位移約為采用后壓漿的2.16倍，后壓漿技術(shù)能夠大大增加樁身承載能力，降低樁身變形量。

2） 通過對靜載荷試驗中樁身軸力與樁端阻力的分析表明，后壓漿技術(shù)能夠提高樁身受力，使得在荷載作用下樁身軸力傳遞更加緩慢。且后壓漿技術(shù)能夠促進樁端阻力與樁身受力，從而提高樁身承載力。

參考文獻(xiàn)

[1]王衛(wèi)國，萬志輝，戴國亮，等.分布式后壓漿超長大直徑灌注樁豎向承載性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2024，45（4）：155-165.

[2]王衛(wèi)國，胡濤，張奕彬，等.樁端沉渣對后壓漿鉆孔灌注樁側(cè)阻力影響的現(xiàn)場試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S1）：2669-2673.

[3]金凱凱.靜載荷試驗與高應(yīng)變法、自平衡法對比研究[J].價值工程，2023，42（29）：100-102.

[4]趙云，楊潮軍，王海，等.某地下車庫無梁樓蓋原位靜載荷試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2023，53（S1）：1719-1722.

[5]張衛(wèi)國，鄭中朋，李春宇，等.地鐵車輛段軟弱地層PHC管樁現(xiàn)場試驗[J].路基工程，2023，（2）：216-220.

[6]王強，戴斌.鉆擴灌注樁承載力的探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2022，52（S1）：2719-2722.

[7]張世華，熊曉亮，周甘霖.象山某玻璃棧道承載力驗算及靜載荷試驗研究[J].地基處理，2022，4（3）：234-240.

編輯：劉 巖

收稿日期：2024-06-12

作者簡介：李 剛（1978～），男，湖北省武漢市人，高級工程師，研究方向：建筑工程檢測、檢測管理、房屋安全鑒定。