鉆孔灌注樁后壓漿提高單樁豎向承載力試驗研究

□文/李孟臣

鉆孔灌注樁后壓漿提高單樁豎向承載力試驗研究

□文/李孟臣

文章從西站交通樞紐南廣場地下工程鉆孔灌注樁后壓漿前后的低應變檢測曲線和靜載荷試驗（抗壓、抗拔）結果，分析論證了后壓漿工藝改善灌注樁樁端持力層和樁周土體的力學性能以及荷載傳遞性能，使灌注樁的綜合承載力得到大幅度提高。

鉆孔灌注樁；后壓漿；承載力

當前，鉆孔灌注樁在應用過程中有2方面問題引起了業界廣泛關注：一是樁底的沉碴降低了樁基的單樁承載力；另一個是如何在保持灌注樁技術參數不變的情況下，大幅度提高鉆孔灌注樁的單樁承載力。

實踐證明，后壓漿技術對提高鉆孔灌注樁樁端承載力和側阻力，改善灌注樁荷載傳遞性能，提高樁基綜合承載力均起到了非常關鍵的作用。

1 工程概況

天津西站交通樞紐南廣場地下工程總建筑面積約7.6萬m2，共分3層。地下1層為地下停車場與公共換乘區，基坑開挖深度為10m；地下2層為地6號線站臺層，基坑挖深19～21m；地下3層為地鐵4號線站臺層，基坑挖深約29m。南廣場地下工程采用鉆孔灌注樁基礎并對灌注樁進行后壓漿處理，主要樁型的樁徑為800mm、樁長為 18m。

場地地質情況自上而下依次為人工填土層、全新統新近沉積層、全新統上組陸相沖積層，全新統中組海相沉積層，全新統下組陸相沖積層、上更新統第五組陸相沖積層。

場內地下水可劃分為潛水層和微承壓水層。潛水層主要為全新統中組海相沉積層砂性大粉質粘土，厚度為7.80～8.90m，靜止水位埋深0.60～1.50m；微承壓含水層主要為全新統下組陸相沖積層下部粉土、上更新統第五組陸相沖積層粉土和粉砂層，含水層厚度為 1.50～4.50m。

2 樁基試驗檢測情況

為驗證后壓漿對灌注樁承載力的提升作用，在后壓漿前后分別進行了低應變樁身完整性檢測和靜載荷試驗（豎向抗壓、豎向抗拔）。

2.1 后壓漿前的樁基檢測情況

后壓漿前對靜載荷試樁進行了低應變檢測，現選取有代表性的曲線，見圖1。

SZH2、SZH3為抗壓靜載荷試樁，SZH10、SZH13為抗拔靜載荷試樁，低應變檢測曲線樁底反射均明顯提前，波速偏高，說明樁底沉渣較厚。這4根樁的靜載荷試驗Q-S曲線見圖2。

由圖2看出，SZH2加載至4030kN時，曲線出現了明顯的向下彎曲，根據檢測規范，其單樁豎向抗壓極限承載力取前一級載荷為3720kN；SZH3加載至3720kN時，曲線出現了明顯的向下彎曲，根據檢測規范，其單樁豎向抗壓極限承載力取前一級載荷為3410kN；SZH10加載至2600kN時，曲線出現了明顯的向上彎曲，根據檢測規范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為2340kN；SZH13加載至2340kN時，曲線出現了明顯的向上彎曲，根據檢測規范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為2080kN。

2.2 后壓漿后的樁基檢測情況

后壓漿后的低應變檢測曲線見圖3。

由圖3看出，后壓漿對樁底沉渣有明顯改善，漿液的滲入使樁周土體形成更堅實的結構并且樁端形成一定的擴大頭。后壓漿后的靜載荷Q-S曲線見圖4。

由圖4看出，SZH2加載至4650kN時，曲線未見明顯的向下彎曲，最終沉降量僅為9.27mm，卸載至0時，殘余變形量為3.84mm，回彈率58.6%，該樁單樁豎向抗壓極限承載力≮4650kN；SZH3加載至4650kN時，曲線未見明顯的向下彎曲，最終變形量為19.80mm，卸載至0時，殘余變形量為9.05mm，回彈率54.3%，該樁單樁豎向抗壓極限承載力≮4650kN；SZH10加載至3380 kN時，曲線出現了明顯的向上彎曲，按照檢測規范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為3120kN；SZH13加載至3120kN時，曲線出現了明顯的向上彎曲，按照檢測規范，其單樁豎向抗拔極限承載力取前一級載荷為2860kN。

3 試驗檢測結果分析

試驗結果表明，采用后壓漿的灌注樁樁端、樁身及周圍土體綜合效應使其承載力得到大幅度的加強，其作用機理及作用過程如下。

1）灌注樁承載力降低原因。灌注樁成孔對樁周和樁底土的擾動降低了土體強度；灌注樁水下作業使樁周及樁端土體遇水軟化，土的強度急劇下降；灌注樁成孔過程中產生的樁周泥皮如同樁與土體之間加上潤滑劑大大降低了樁側摩阻力。土體擾動、樁底沉碴嚴重影響了灌注樁承載力的發揮。灌注樁施工中存在的土體擾動、樁底沉碴和樁周泥皮，一方面對灌注樁承載力產生負面影響，另一方面正是這些薄弱面的存在才使得其具有可灌性。

2）改善持力層、提高端承力。樁端注漿使漿液在高壓作用下對沉碴及樁周土劈裂、滲擴、填充、壓密、固結等作用使樁端持力層在一定范圍內形成漿液和土的結石體，從而改善持力層的物理力學性能，消除了沉碴對端承力發揮的不良影響。

3）大幅提高樁側摩阻力。樁端注漿在高壓作用下，漿液沿樁土界面上浸，通過滲擴、填充、膠結綜合作用，對樁周泥皮置換，使樁與泥皮及土層膠結成整體并在樁周形成脈狀結石體，如同樹根植入土中。注漿不僅可以完全消除樁周泥皮對樁側摩阻力的負面影響，而且注漿膠結體在置換樁周泥皮同時還擠占樁周部分原狀土，增大了樁的平面幾何尺寸，從而使樁側摩阻力大幅度提高。

4）改善持力層受力狀態和荷載傳遞性能。樁端注漿在高壓漿液作用下通過劈裂、滲擴、擠密和膠結使樁端附近土層產生較大的壓縮變形形成樁端擴大頭，增大了樁端受力面積，改善了其受力狀態。樁底沉碴在漿液置換、滲擴、填充、壓密、固結作用下，使其壓縮變形提前完成，減少了樁在荷載作用下的豎向變形，使樁端承載力得以充分發揮。

4 結語

鉆孔灌注樁經壓力注漿后，明顯改善了灌注樁樁端持力層和樁周土體的力學性能，提高了樁端承載力和側阻力，極大地改善了灌注樁荷載傳遞性能，使灌注樁的綜合承載力得到大幅度提高，其單樁極限承載力可提高25%～40%。為此，工程設計根據灌注樁壓力注漿前后荷載試驗檢測情況，對南廣場地下工程樁基礎從數量、樁長等方面進行了優化，不僅節約工程造價，而且綜短了工期。

TU473.1

C

1008-3197（2011）03-22-03

2011-04-07

李孟臣/男，1966年出生，工程師，天津城投建設有限公司，從事工程技術管理工作。