后壓漿灌注樁處理軟基工程試驗研究

王 鑫，張 強

（1.天津津質工程技術咨詢有限公司，天津市300092；2.天津市市政工程設計研究總院，天津市300051）

后壓漿灌注樁處理軟基工程試驗研究

王 鑫1，張 強2

（1.天津津質工程技術咨詢有限公司，天津市300092；2.天津市市政工程設計研究總院，天津市300051）

結合實體工程現場試驗，對后壓漿灌注樁與普通灌注樁單樁承載力、樁端阻力以及樁側阻力的分布情況進行對比分析。結果表明：后壓漿灌注樁上部樁側摩阻力更容易充分發揮，對于軟土地基承載力的改善較明顯，可廣泛應用于軟土地基處理中。

后壓漿灌注樁；普通灌注樁；樁基承載力；樁側阻力

0 引言

后壓漿灌注樁是普通灌注樁達到一定齡期后，通過預埋在樁身的灌漿管把水泥漿壓入樁側和樁底土體，加固樁底和樁側一定范圍的土體，從而提高樁的承載力，減少樁基沉降[1,2]。鑒于以上優點，后壓漿灌注樁在地基處理中的應用越來越廣泛，但在軟土地基處理中的應用較少[3]。為了研究后壓漿灌注樁對軟土地基承載力的增強效果，本文結合實體工程，進行現場試驗，通過后壓漿灌注樁與普通灌注樁的對比分析，研究后壓漿灌注樁單樁承載力、樁端阻力以及樁側阻力的分布規律，進而明確后壓漿灌注樁對于軟基的改善機理及效果。

1 試驗概況

1.1 試驗場地地質條件

試驗場地位于某沿海地區，地質情況見表1，表2。

表1 試驗場地地質情況

1.2 試驗方案

目前，對比壓漿樁和非壓漿樁的靜載試驗方法有復式對比法和平行對比法。雖然復式對比法能節省費用，實際應用較多，但由于要對同一根樁在壓漿前后進行兩次靜載試驗，測試結果存在很大的不確定性[4,5]，因此采用平行對比法。

選擇代表性場地打6根灌注樁，樁直徑800 mm，樁長42 m，混凝土強度等級C40。成樁后選擇3根樁進行注漿。為了便于對比研究，后壓漿采用復式注漿，自樁底每隔12 m設置一道環形樁側注漿閥，共設3道，樁端設置兩個樁端注漿閥，樁側注漿水泥用量每道取300 kg，樁側注漿水泥總量為900 kg，樁端注漿水泥用量為1 100 kg，單樁注入水泥2 000 kg。水灰比控制在0.6～0.7，并根據試注漿適當調整。注漿時間在成樁后2 d進行。注漿使用3SNS型注漿泵，水泥采用PSA32.5礦渣硅酸鹽水泥。成樁后分別對樁徑、樁長及樁身完整性等進行檢測，數據見表3。

根據地層條件分別在主要土層分界面深度5 m、10 m、15.5 m、20 m、25 m、29 m、33 m、40 m 埋設振弦式鋼筋計。在樁內每個截面上安裝4個鋼筋計，對稱分布，以測試樁身軸力。

表2 地層物理力學參數

表3 成樁檢測數據一覽表

2 靜載試驗分析

靜載試驗采用堆載法，檢測方法為慢速維持荷載法。試驗在成樁后28 d進行。分別對6根試驗樁進行極限靜載測試。后壓漿灌注樁施加荷載分11級，每級加荷數量為1 100 kN，第一級加荷量為2 200 kN，最大加荷量為12 100 kN。普通灌注樁施加荷載分10級，每級加荷數量為650 kN，最大加荷量為6 500 kN。6根灌注樁的Q-S曲線如圖1所示。

圖1 后壓漿樁與普通灌注樁Q-S曲線對比

對比發現：三組后壓漿試驗樁破壞模式均為漸進破壞，s-lgt曲線（見圖2）未有明顯下彎。相同地質條件下的三組普通灌注樁靜載試驗Q-S曲線，則呈現出刺入破壞的趨勢，s-lgt曲線（見圖3）尾部有明顯的下彎，說明隨著加荷時間的延長，樁頂沉降在不斷增加。相同地質條件、相同樁長及直徑下的兩類試驗樁，采用后壓漿工藝的灌注樁極限承載力高達11 000 kN，極限破壞呈漸進型破壞，而未采用后壓漿工藝的灌注樁極限承載力為5 850 kN，極限破壞呈刺入破壞。采用后壓漿工藝使單樁豎向承載力較普通樁提高88%，從Q-S曲線分析，后壓漿灌注樁在加荷至最后一級（12 100 kN）時，s-lgt曲線未有明顯下彎，說明后壓漿灌注樁具有更大的承載潛力。

3 樁身軸力分析

進行靜載試驗的同時實測各級荷載下測量截面的鋼筋計頻率變化，從而計算鋼筋軸力及應力，再根據鋼筋與混凝土應力比（彈性模量比）計算各測量截面的軸力。由于鋼筋計都是根據地質資料安裝在各土層的分界面上，因此各土層的平均摩阻力按式（1）計算：

式（1）中：As為第 i樁段的側表面積，m2;Qi為第 I層分界面處的軸力,kN。

持力層樁端承力按式（2）計算：

式（2）中：Ap為樁端截面積 m2；Qup為樁端軸力，kN。

計算各土層的分段摩阻力及樁端的承載力，根據樁身軸力分別計算出普通灌注樁和后壓漿灌注樁各試驗樁段的樁側單位阻力和樁端阻力，將兩種樁側單位阻力和樁端阻力平均值進行比較，繪于后壓漿樁側、樁端阻力增長特征圖，如圖4所示。

圖2 后壓漿灌注樁s-lgt曲線

圖3 普通灌注樁s-lgt曲線

從特征圖看出，經過樁側、樁端復式注漿，樁側及樁端承載力均有較大提高，樁側阻力最大提高125%，最低提高53%，樁端阻力較普通樁提高45%。這與試驗加荷分級和極限承載力取值標準有關。本試驗極限承載力取值標準為樁頂沉降大于40 mm的前一級荷載，經樁端注漿后的樁端承載力會隨樁頂荷載的增加及樁身下移而逐步發揮出來，說明樁端阻力具有尚未完全發揮出來的潛力。注漿方案的確定主要根據地層條件、樁基的工作性質和承載力要求而定。一般情況下，對于抗壓承載力提高幅度不高時（小于40%），可采用樁底單獨注漿；當要求承載力提高幅度較高時（大于40%），可采用樁底和樁側復式注漿；對于抗拔樁可采用樁側單獨注漿。

圖4 后壓漿樁側、樁端阻力增長特征圖

4 后壓漿灌注樁承載力提高原因分析

從以上數據分析可知，通過樁側和樁端注漿，樁身穿越的土層摩阻力明顯提高，這是單樁承載力提高的主要原因。從樁身側阻力與樁頂荷載的關系（見圖5）可以看出，樁側阻力隨樁頂荷載增加從上向下逐步發揮，在達到極限荷載時，樁側阻力增加幅度逐漸減小。

試驗表明，15 m以上的淤泥質黏土及粉質黏土在樁側注漿作業下樁側阻力增長明顯，后壓漿主要起到擠密充填作用。部分開挖發現樁側包裹一層厚度為20 mm左右的水泥漿層，這是由于漿液在壓力作用下對樁側土進行擠壓，在樁徑擴大的同時，沿著軟弱面向上運動，對泥皮層和樁側土體進行擠密，漿液充填于擠密后產生的空隙，固結后形成強度較高的水泥結石，相當于增大了樁身直徑。對29 m以下的粉砂層注漿作用表現為滲透固結作用。漿液在較小的壓力下滲入樁側土體中一定距離，形成一個結構性強、強度高的結石體，增大樁側的摩阻力。因此，在上部荷載一定的條件下，可減少樁長或樁徑，進而調整樁端持力層。當上部有一定厚度的適于注漿的較好土層時，較之普通灌注樁，可選擇上部較好土層為樁端持力層，提高樁基施工效率。

圖5 后壓漿灌注樁樁側阻力與樁頂荷載關系圖

5 結論

通過普通灌注樁、后壓漿灌注樁現場試驗對比，得出以下結論：

（1）以樁頂沉降量40 mm控制靜荷載試驗的極限承載力，后壓漿灌注樁表現出漸進破壞，而普通灌注樁則為趨向刺入破壞，后壓漿工藝使單樁豎向承載力較普通樁提高88%，且具有更大的承載潛力。

（2）經過樁側、樁端復式注漿，樁側及樁端承載力均有較大提高，樁側阻力提高約53%～125%，樁端阻力較普通樁提高45%，經樁端注漿后的樁端承載力會隨樁頂荷載的增加及樁身下移而逐步發揮出來。

（3）注漿方案需根據地層條件、樁基的工作性質和承載力要求確定。一般情況下，對于抗壓承載力提高幅度不高時（小于40%），可采用樁底單獨注漿；當要求承載力提高幅度較高時（大于40%），可采用樁底和樁側復式注漿；對于抗拔樁可采用樁側單獨注漿。

（4）由于后注漿可顯著提高樁基承載力，在上部荷載一定條件下，可減少樁長或樁徑，進而可調整樁端持力層。當上部有一定厚度的適于注漿的較好土層時，較之普通灌注樁，可選擇上部較好土層為樁端持力層，提高樁基施工效率。

[1]許才華,龔輝,程國良.后壓漿灌注樁的改良特性研究[J].路基工程,2009(5):123-124.

[2]石堅,李敏.后壓漿灌注樁工程特性的試驗研究[J].鐵道建筑,2006(12):73-75.

[3]姚建平,蔡德鉤,朱健,等.后壓漿鉆孔灌注樁承載特性研究[J].巖土力學,2015,36(S1):513-517.

[4]黃生根,張曉煒,曹輝.后壓漿鉆孔灌注樁的荷載傳遞機理研究[J].巖土力學,2004(2):251-254.

[5]鄧祥輝,張永杰,房海勃.后壓漿鉆孔灌注樁承載力分析與試驗研究[J].建筑科學與工程學報,2015(2):58-64.

TU473.1

A

1009-7716（2017）10-0174-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.053

2017-04-26

王鑫（1990-），女，陜西安塞人，碩士，助理工程師，從事道路工程研究工作。