后注漿鉆孔灌注樁承載性狀試驗(yàn)分析

周 明 榮

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 紹興 312000)

1 概述

在沿海上海、杭州、紹興等地廣泛分布著軟土地基。目前在建筑的高層建筑也越來越多，80%以上的建筑采用鉆孔灌注樁。鉆孔灌注樁有施工比較方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，但是施工時(shí)采用泥漿護(hù)壁，樁底出現(xiàn)沉渣和樁側(cè)摩阻力降低，往往出現(xiàn)單樁的承載力不能滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求[1-5]。如何提高鉆孔灌注樁的承載能力是當(dāng)前工程研究需要解決的一個(gè)重要課題，通過對(duì)鉆孔灌注樁采用后注漿技術(shù)，強(qiáng)化漿液與持力層的接觸，從而提高了鉆孔樁的承載力。同時(shí)通過注漿后，單樁的變形量大大減少，減少群樁的不均勻沉降[6-8]，因此對(duì)鉆孔灌注樁的注漿機(jī)理以及影響注漿效果的因素分析具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 鉆孔灌注樁的注漿承載機(jī)理

2.1 水泥摻量對(duì)強(qiáng)度的影響

通過對(duì)不同種類的巖土和不同品種水泥、同種水泥不同強(qiáng)度等分別分類進(jìn)行攪拌，制作試樣進(jìn)行無側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比，并對(duì)試樣實(shí)驗(yàn)前后內(nèi)部物質(zhì)進(jìn)行微觀分析不同土樣相同水泥摻量下強(qiáng)度的曲線。選用的水泥是32.5的復(fù)合硅酸鹽水泥。水泥的摻量為5%,10%,15%和20%，粉土和粘土摻量為15%,20%,25%和30%，因?yàn)閷?shí)際工程中由于土的滲透性，圓礫、礫砂滲透性大，可灌性好，而粉土和粘土可灌性差，因此，摻量也相應(yīng)降低。所用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備是采用電動(dòng)脫模機(jī)，然后采用萬能機(jī)進(jìn)行無側(cè)限單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試樣進(jìn)行了14 d,28 d,45 d,60 d的抗壓強(qiáng)度結(jié)果如圖1～圖4所示。

通過水泥摻量對(duì)強(qiáng)度影響曲線分析看，粘土、粉土、細(xì)砂、礫砂隨著水泥摻量的增加，其單軸抗壓強(qiáng)度都有增大的趨勢(shì)，而且隨著水泥摻量的增加強(qiáng)度逐漸增大，從上圖中可知，粘土的強(qiáng)度增長不是很明顯，而礫砂強(qiáng)度增長較大，這就說明水泥不同的土在相同的水泥摻量下增長的強(qiáng)度是不同的，粘土的強(qiáng)度較低，而礫砂的強(qiáng)度最大，這主要是和土的孔隙比的大小和土的滲透性有關(guān)。

2.2 后注漿鉆孔樁的承載機(jī)理

鉆孔混凝土灌注樁后注漿是在澆筑混凝土后，用一定的注漿壓力在樁側(cè)和樁端注入一定量的水泥砂漿，通過滲透固結(jié)作用，與周圍土體形成一個(gè)強(qiáng)度高的泥石體，增大了樁端與土層的接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)提高樁的承載力。其次，樁與周圍的土體接觸面存在有一層強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)松散的土皮，影響樁承載力的發(fā)揮。通過后注漿技術(shù)，固結(jié)后能形成較強(qiáng)的水泥土，使周圍土體的空隙減少，增強(qiáng)了與周圍土體接觸的粗糙度，加強(qiáng)樁周圍對(duì)土體的粘聚力。從而提高樁的側(cè)向摩阻力。通過后注漿處理，漿液通過滲透到土體空隙中形成結(jié)石，消除樁底浮土的影響，從而對(duì)土體起到擠密和加固作用，從而提高了樁端阻力來提高樁基的承載力。

3 鉆孔灌注樁的載荷試驗(yàn)

3.1 工程載荷試驗(yàn)

1)工程概況。

在紹興地區(qū)，屬于軟土地基，但是土層的紹興某大廈工程，地上25層，地下1層，工程地質(zhì)條件見表1。

表1 樁周土地層物理力學(xué)參數(shù)表

2)試樁試驗(yàn)參數(shù)及測(cè)試方法。

試樁樁徑為1 000 mm，樁長要進(jìn)入到持力層0.5 m，試驗(yàn)采用錨樁—反力架裝置，注漿量為3.5 m3，水灰比0.5。

3)樁端注漿的載荷試驗(yàn)結(jié)果分析。

從注漿樁s1試樁靜載荷試驗(yàn)Q—s曲線數(shù)據(jù)來看(見圖5,圖6)，在試驗(yàn)的作用初期加載，注漿與未注漿Q—s曲線基本重要，可以發(fā)現(xiàn)，在初始這個(gè)階段，荷載還沒有傳遞到樁端，樁底的注漿根本沒有發(fā)揮作用。隨著荷載的增大，Q—s曲線明顯分開了。當(dāng)荷載加到極限荷載的60%時(shí)，兩條曲線明顯差異，未壓漿的樁基與后注漿樁基的承載力明顯發(fā)生較大的變化，地基的沉降量也發(fā)生顯著變化，注漿以后的樁基沉降明顯較少。

樁頂荷載增加到13 200 kN時(shí)，沉降急劇下降，沉降量增加到20 mm，且一直未穩(wěn)定，通過分析得出樁的承載力特征值約為7 860 kN。樁承載力的極限承載力值通過《規(guī)范》公式得到樁的承載力特征值為5 800 kN，承載力增加了35%。

3.2 理論計(jì)算與試驗(yàn)成果比較

根據(jù)JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范計(jì)算樁端豎向承載力。首先運(yùn)用JGJ 94—2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范5.3.10公式對(duì)s1樁提供數(shù)據(jù)進(jìn)行樁端后注漿豎向承載力極限值計(jì)算:

Ra=βpqpaAp+up∑qsialI+u∑βsiqsiklgi。

其中，βsi為后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)，取2.5；βp為后注漿端阻力增強(qiáng)系數(shù)，取3.5，樁側(cè)豎向增強(qiáng)段為樁端以上12 m，由于樁側(cè)增強(qiáng)端穿越粉質(zhì)粘土、含粘土粉砂、粉砂和粉砂砂礫，因此，各個(gè)土層后注漿側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)分別為1.7,2.1；后注漿端阻力增強(qiáng)系數(shù)βp，取2.7，對(duì)各勘察孔附近后注漿灌注樁承載力進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)過后注漿后，計(jì)算得到的單樁豎向極限承載力為13 068 kN。未注漿時(shí)單樁極限承載力為8 560 kN，通過載荷試驗(yàn)Q—s曲線數(shù)據(jù)分析得出樁承載力特征值為13 200 kN。具體的結(jié)果見表2。

表2 單樁承載力極限值計(jì)算對(duì)比表

從表2中結(jié)果比較可以知道，后注漿樁與未注漿樁相比，單樁的豎向極限承載力提高了52.7%。因此，鉆孔灌注樁經(jīng)過后注漿處理后，沉降量也明顯下降，作用效果非常明顯。通過理論計(jì)算極限承載力與實(shí)測(cè)值的誤差不大于12%，實(shí)測(cè)值比理論值稍高。因此，可以考慮適當(dāng)?shù)陌踩嗔浚碚撚?jì)算可以運(yùn)用到工程實(shí)踐中。

由于鉆孔灌注樁在成樁過程中存在著樁底留有浮土，樁周圍土體出現(xiàn)裂紋，使樁基礎(chǔ)不能與周圍土體緊密相連，產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致樁基礎(chǔ)承載力的下降。通過后注漿處理，通過滲透與擠密作用，加強(qiáng)樁基礎(chǔ)與周圍土體的粘聚力，使原來的土層變成復(fù)合的土體，提高了承載強(qiáng)度，強(qiáng)化了變形模量，從而減輕了樁底沉渣或者樁側(cè)存在空隙對(duì)承載力的不良影響。

4 結(jié)語

1)鉆孔灌注樁后注漿載荷試驗(yàn)結(jié)果得出后注漿工藝能明顯提高樁基承載力，是值得推廣的一種方法，通過后注漿處理，能夠顯著提高樁基的承載力，降低地基的沉降量。

2)在鉆孔灌注樁樁端注漿能明顯提高樁的承載力。通過工程實(shí)例，樁基的承載力提高了52.7%。

3)在具體工程中，建議在進(jìn)行鉆孔灌注樁樁端后注漿承載力特征值確定上要結(jié)合工程地質(zhì)條件合理選取各個(gè)土層的計(jì)算參數(shù)或做靜載荷試驗(yàn)確定承載力特征值，而不是盲目套用規(guī)范。通過計(jì)算驗(yàn)證得出如果按照《規(guī)范》提供承載力計(jì)算公式且側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)和端阻力增強(qiáng)系數(shù)的調(diào)整，根據(jù)規(guī)范計(jì)算的結(jié)果與載荷試驗(yàn)的實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，誤差不超過12%。

4)后注漿技術(shù)作為一種新型的技術(shù)，理論還不完善以及承載的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。但是運(yùn)用了后注漿技術(shù)，不僅提高了樁基的承載力，在工程實(shí)踐應(yīng)用中，加快了施工進(jìn)度，也可以節(jié)省很多成本。