武漢某摩擦型灌注樁后注漿單樁豎向承載力試驗(yàn)研究

孫鳳玲， 劉煥存， 劉 濤

( 中航勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100098)

0 引言

灌注樁后注漿技術(shù)，通過漿液的劈裂、滲透、填充、壓密、固化等多種作用形式組合，改變樁側(cè)或樁端與巖、土之間的邊界條件，固化樁側(cè)泥皮、消除樁端虛土及沉渣隱患，從而提高樁的承載力以及減少樁基的沉降量。樁側(cè)阻力提高與樁端土支撐剛度增強(qiáng)有匹配關(guān)系，提高樁端支撐剛度，既可提高端阻力，又可增強(qiáng)側(cè)阻力，減少沉降。選擇較硬土層作為樁端持力層、嚴(yán)控孔底沉渣或采用后注漿增強(qiáng)等措施具有重要的工程意義[1-3]。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[1]給出了后注漿灌注樁的單樁極限承載力計(jì)算公式，其中側(cè)阻力和端阻力的增強(qiáng)系數(shù)系根據(jù)數(shù)十根不同地層的后注漿灌注樁與未注漿灌注樁靜載對(duì)比試驗(yàn)給出，具指導(dǎo)性和局限性。

武漢市基本屬于長江1級(jí)階地，基巖(志留系)埋深平均約50 m，局部超過60 m，上覆蓋層主要由第四系全新統(tǒng)沖積層和第四系晚更新統(tǒng)沖洪積層組成，并由粘性土過渡到砂性土，土顆粒逐漸變粗，鉆孔灌注樁多以卵石層或基巖為持力層[4-9]。而本項(xiàng)目位于武漢市東西湖區(qū)，勘察鉆孔70 m深度內(nèi)無穩(wěn)定的卵石層和基巖層，場地內(nèi)存在深厚砂質(zhì)粘性土層，樁身受力主要以樁側(cè)摩擦力為主。要獲得較大單樁承載力，擴(kuò)大樁徑增加樁長是基本思路，但樁身穿越深厚粘土夾砂層時(shí)沉渣控制等施工難度大，相應(yīng)工期長、造價(jià)高，通過試樁工作驗(yàn)證持力層選擇為粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土為摩擦樁樁端持力層，經(jīng)復(fù)式后注漿處理后的單樁抗壓承載力特征值，為優(yōu)化樁基設(shè)計(jì)提供依據(jù)及類似工程提供技術(shù)參考。

1 工程概況與試樁方案

1.1 工程與地質(zhì)概況

項(xiàng)目場地位于武漢市東西湖區(qū)，該項(xiàng)目主要由變形敏感、抗微震要求的多棟廠房組成，無地下室，樁頂標(biāo)高為現(xiàn)有地面，單柱最大軸力達(dá)42200 kN，基礎(chǔ)埋深約2.5 m，地質(zhì)構(gòu)造為漢口-新界復(fù)式背斜的核部。

勘察揭露67.0 m深度范圍內(nèi)的地層由上至下為：表層人工填土、一般第四系成因的粘性土及砂類土、志留系泥巖，土層及參數(shù)見表1，試樁范圍內(nèi)典型地質(zhì)土層分布及特點(diǎn)見圖1。場地內(nèi)地下水類型主要為上層滯水、承壓水、基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于人工填土及溝塘底部，以大氣降水滲水為主要補(bǔ)給方式，以蒸發(fā)為主要排泄方式；承壓水主要賦存于粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土④1層及其下的礫砂層中，與區(qū)域承壓含水層連通，由層間側(cè)向逕流補(bǔ)給。

表1 場地內(nèi)地層參數(shù)

圖1 試樁地層剖面

1.2 試樁方案及施工參數(shù)

試樁參數(shù)：采用旋挖成孔、泥漿護(hù)壁、水下灌注工藝，樁身混凝土等級(jí)C40，以④1層粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土為持力層；第一組試樁直徑800 mm、樁長30 m；第二組試樁直徑1000 mm、樁長35 m。

注漿參數(shù)：樁端設(shè)置注漿管2根，樁側(cè)在④1層頂部設(shè)置1根；注漿水泥標(biāo)號(hào)P.O.42.5，水灰比為0.5～0.6，注漿壓力控制在3～4 MPa，第一組后注漿灌注樁樁側(cè)注漿量≮0.8 t，樁端注漿量≮1.2 t；第二組后注漿灌注樁樁側(cè)注漿量≮1.0 t，樁端注漿量≮1.5 t。

施工采用二次清孔處理，采用聲波法做樁身完整性檢測，樁身質(zhì)量良好、完整無缺陷。單樁靜載荷試驗(yàn)采用慢速維持荷載法，加載反力裝置采用壓重平臺(tái)反力裝置。

2 試樁結(jié)果分析

2.1 單樁靜載荷試驗(yàn)曲線特征

將本場地14根試樁的單樁靜載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總整理于表2。對(duì)比分析可知。

(1)摩擦型灌注樁經(jīng)后注漿后，Q-s曲線由陡降型變?yōu)榫徸冃?，見圖2和圖3。

(2)摩擦型灌注樁經(jīng)后注漿處理后，單樁豎向承載力提高明顯；綜合考慮施工因素、地層差異、注漿效果、樁徑、樁長等影響，800 mm直徑、30 m樁長的灌注樁經(jīng)后注漿后單樁豎向承載力特征值建議取值(設(shè)計(jì)值)3500 kN，1000 mm直徑、35 m樁長的灌注樁經(jīng)后注漿后單樁豎向承載力特征值建議取值4200 kN。

表2 試樁載荷沉降結(jié)果

注：試樁SZ-3、SZ-5、SZ-6、SZ-10、SZ-11、SZ-14發(fā)生極限破壞。

(3)靜載慢速加載工況下，兩種樁型在建議單樁豎向承載力特征值下的變形值約2.0～6.0 mm，長期荷載作用下的安全可靠性高。

(4)太沙基和ISSMFE指出，樁基沉降量達(dá)到樁徑的10%時(shí)才可能出現(xiàn)極限荷載，對(duì)于本場地的粉細(xì)砂夾粉質(zhì)粘土持力層，端阻充分發(fā)揮所需的樁端位移為樁徑的5%，即40～50 mm，而靜載試驗(yàn)慢速加荷下的變形量約2.0～6.0 mm，即后注漿后單樁承載力發(fā)揮仍以側(cè)阻力為主，試樁樁身軸力分布及樁側(cè)阻和端阻的承載分擔(dān)比證實(shí)了這一普遍規(guī)律，限于篇幅，不作具體展開。

(5)后注漿有效控制了因施工工藝帶來的沉渣、泥皮等不利因素，實(shí)施的必要性充分且工程意義重大。

2.2 經(jīng)驗(yàn)值與實(shí)測值比較

圖2未注漿試樁典型Q-s和s-lgt曲線

結(jié)合14根試樁臨近鉆孔地層資料，按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[1]中經(jīng)驗(yàn)公式，分別對(duì)14根試樁進(jìn)行未注漿與后注漿工況下的單樁豎向承載力計(jì)算，系數(shù)選用：(1)考慮大直徑尺寸效應(yīng)對(duì)灌注樁的樁側(cè)阻力和樁端阻力的影響；(2)后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)βsi和端阻力增強(qiáng)系數(shù)βp按粘性土—粉土類別選取，βsi和βp的建議值為1.4～1.8、2.2～2.5，計(jì)算統(tǒng)一取低值，即βsi取1.4，βp取2.2。

圖3后注漿試樁典型Q-s和s-lgt曲線

計(jì)算每根試樁的豎向抗壓承載力特征值，與實(shí)測值進(jìn)行比較，結(jié)果見表3。

表3 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算值與靜載實(shí)測值比較

對(duì)比經(jīng)驗(yàn)計(jì)算值和實(shí)測值,可以發(fā)現(xiàn)：

(1)兩種樁型的未注漿單樁承載力實(shí)測值與理論值均呈負(fù)偏差，但偏差較小，表明本場地的地勘報(bào)告提供的地層參數(shù)基本準(zhǔn)確；

(2)直徑800 mm、樁長30 m的后注漿單樁承載力實(shí)測值與理論值均呈正偏差，偏差均值約15%且后注漿處理后單樁承載力綜合提高系數(shù)達(dá)1.40，表明直接按經(jīng)驗(yàn)取值保守且此樁型經(jīng)后注漿后綜合性價(jià)比高；

(3)直徑1000 mm、樁長35 m的后注漿單樁承載力實(shí)測值與理論值相差小，但正負(fù)偏差都存在，承載力發(fā)揮穩(wěn)定性相對(duì)差，單樁豎向承載力綜合提高系數(shù)約1.20；

(4)在地勘參數(shù)準(zhǔn)確的條件下，側(cè)阻和端阻增強(qiáng)系數(shù)選規(guī)范建議區(qū)間的最小值計(jì)算，兩組試樁的實(shí)測值與經(jīng)驗(yàn)值比較，第一組的經(jīng)驗(yàn)值偏保守，第二組的吻合度相對(duì)較高，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)第一組試樁參數(shù)的綜合性價(jià)比高，經(jīng)過試樁試驗(yàn)推選直徑800 mm、樁長30 m為工程樁參數(shù)。

3 結(jié)論

(1)后注漿摩擦型灌注樁應(yīng)用于武漢市典型的二元結(jié)構(gòu)地層技術(shù)可行，避免樁身穿越深厚粉砂層，成樁工效高、樁身質(zhì)量有保證，經(jīng)濟(jì)合理性好。

(2)本場地的地勘參數(shù)準(zhǔn)確度高，直徑800 mm、樁長30 m的試樁單樁承載力發(fā)揮穩(wěn)定，綜合提高系數(shù)大，綜合性價(jià)比優(yōu)，推選直徑800 mm、樁長30 m的后注漿灌注樁為工程樁參數(shù)。

(3)經(jīng)荷載-變形分析，摩擦型灌注樁經(jīng)后注漿處理后單樁承載力發(fā)揮仍以側(cè)阻力為主，但經(jīng)后注漿處理后，解決了施工工藝帶來的沉渣、泥皮等不利影響，單樁抗壓承載變形由陡降形變?yōu)榫徸冃?，沉降控制好，工程意義重大，實(shí)施的必要性充分。

(4)規(guī)范中的后注漿灌注樁單樁抗壓極限承載力計(jì)算公式是經(jīng)驗(yàn)公式，后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)βsi和端阻力增強(qiáng)系數(shù)βp未按地區(qū)分類且取值區(qū)間大，取值依據(jù)相關(guān)項(xiàng)主要為成孔工藝和土層名稱，經(jīng)驗(yàn)參數(shù)匹配度相對(duì)低，樁基后注漿技術(shù)規(guī)范推廣已達(dá)10年，該技術(shù)仍為建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)(2017版)之一[10],倡議業(yè)界共享試樁成果及工程樁的靜載驗(yàn)收成果，大數(shù)據(jù)背景下進(jìn)一步開展區(qū)域性統(tǒng)計(jì)分析具有重要意義。

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