后注漿法對(duì)單樁極限承載力影響實(shí)例分析

余 瑩

(健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361000)

1 后注漿灌注樁承載力機(jī)理分析

1.1 后注漿技術(shù)的加固機(jī)理

后注漿技術(shù)的加固機(jī)理為水泥漿液填充滲透到樁基軟弱土層，再沿著樁周孔壁上返，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁身軟弱土層的加固，保證樁身強(qiáng)度。后注漿施工技術(shù)能夠?qū)髽稘{液與樁周被干擾的土體與鄰近土體形成一種特殊的水泥-土網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)帶有一定強(qiáng)度的結(jié)晶化合物，進(jìn)而能夠增強(qiáng)樁周松散土體與鄰近土體的抗剪強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度，使得樁基與樁周土體結(jié)合更加緊密，提高灌注樁單樁的極限承載力。

1.2 樁側(cè)摩阻力提高

1)水泥漿液擠壓樁周土，使得樁周土體發(fā)生位移，漿液滲透填充到樁周土之間，擴(kuò)大樁徑d。

2)后注漿法灌注的水泥漿液會(huì)沿著樁和樁周土之間的接觸軟弱面上升，繼而泥皮固結(jié)，循環(huán)擠壓與固結(jié)，使得樁基與樁周土緊密結(jié)合，提高土的粘聚力c與內(nèi)摩擦角φ。

3)在注漿過(guò)程中，樁基受到的荷載會(huì)發(fā)生變化，樁頂承受豎向荷載，而樁土間出現(xiàn)剪切位移時(shí)，應(yīng)確定剪切位移發(fā)生界面，并計(jì)算出樁側(cè)極限側(cè)阻力，通常情況下樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值與土的強(qiáng)度計(jì)算公式一致，即用庫(kù)倫公式表示：

qsik=c+tanφ

(1)

式中，根據(jù)庫(kù)倫公式可以確定，樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值qsik值大小與土的粘聚力c與內(nèi)摩擦角φ存在密切聯(lián)系；后注漿法注漿后，土的粘聚力c與內(nèi)摩擦角φ會(huì)隨之增加，進(jìn)而樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻標(biāo)準(zhǔn)值qsik值也增加，這與《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)[1]所提供的參考數(shù)據(jù)相一致，即側(cè)阻力增強(qiáng)系數(shù)取值在1.2～3.0，即驗(yàn)證了這一點(diǎn)。

1.3 樁端阻力提高

1)漿液灌注到樁端后，漿液會(huì)根據(jù)不同性質(zhì)的填充料出現(xiàn)形態(tài)迥異的擴(kuò)散，若樁端的填充材料為粗粒土，進(jìn)入樁端的漿液以注漿源為中心，以球狀或柱狀的形態(tài)向樁內(nèi)擴(kuò)散；若樁端的填充材料為細(xì)粒土，進(jìn)入終端的漿液發(fā)揮劈裂加筋作用，擠密填充加固樁端，提升樁側(cè)土地的強(qiáng)度。

2)后注漿法對(duì)混凝土灌注樁注漿后，受到某些特殊狀態(tài)鉆頭的影響，部分漿液會(huì)在樁端形成類似倒三角形，加固軟弱土層，調(diào)整樁端阻力，擴(kuò)大土層接觸面積，達(dá)到優(yōu)化土層性質(zhì)的目的。后注漿法注漿后，樁端摩擦阻力表達(dá)公式為：

Q=BqpkA

(2)

式中，B為端阻力增強(qiáng)系數(shù)；qpk為極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；A為樁端承載面積，m2。

做好施工地質(zhì)勘察工作，并根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)方案，鉆孔樁樁端的阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk的大小要根據(jù)實(shí)際工程情況調(diào)整，但不超出500～1 200 kPa。實(shí)施注漿后，樁端沉渣會(huì)被加固，土的強(qiáng)度與鉆孔樁樁端阻力標(biāo)準(zhǔn)值qpk會(huì)增大，加上受到在注漿源以球形或柱形擴(kuò)散的泥漿的影響下，樁的承載面積A會(huì)隨之增大，最后樁端阻力也會(huì)增加，增加到原阻力的2～4倍。

1.4 成樁方法

常用的鉆孔灌注樁成樁方法主要有正循環(huán)與反循環(huán)施工兩種，但無(wú)論采取何種施工方法，在成樁后樁周都會(huì)存在一層被干擾松散的軟弱土，這一層土體的存在極大影響了灌注樁單樁極限承載力的提升。加上受到施工人員操作的影響，尤其是出現(xiàn)施工人員在鉆孔過(guò)程中鉆孔較快等情況時(shí)，黏性土還會(huì)出現(xiàn)縮徑問(wèn)題，對(duì)單樁極限承載力造成附加影響。因而，在正式開展混凝土灌注作業(yè)前，應(yīng)安排施工人員進(jìn)行二次清孔作業(yè)，清理沉渣與泥皮，對(duì)樁身質(zhì)量進(jìn)行檢查，確保樁基的穩(wěn)定性與安全性，提高單樁的極限承載力。

2 影響后注漿單樁極限承載力的主要因素

2.1 注漿量(水泥用量)

如果土層參數(shù)保持不變，那么注漿量的多少就會(huì)對(duì)混凝土灌注樁單樁的極限承載力產(chǎn)生直接影響，按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)的計(jì)算與模擬，注漿量與單樁極限承載力增加幅度的計(jì)算公式為：

Gc=apd+asnd

(3)

式中，ap為樁端注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取1.5～1.8；d為樁的直徑，m；as為樁側(cè)注漿量經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.5～0.7；n為樁側(cè)注漿橫斷面數(shù)。

根據(jù)以上計(jì)算公式可以確定，為了提高混凝土灌注樁單樁極限承載力，應(yīng)對(duì)樁側(cè)注漿經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、樁側(cè)注漿橫斷面數(shù)以及樁徑進(jìn)行調(diào)整，取高值，以此保證樁基承載力，加固樁周軟弱土體。

2.2 土層參數(shù)

即使其他參數(shù)保持一致，灌注樁單樁的極限承載力還是會(huì)存在差異，而土層參數(shù)是造成這一差異的主要影響因素之一。后注漿法注漿后，漿液會(huì)沿著樁基土界面上升，但在上升過(guò)程中會(huì)受到土層介質(zhì)、滲透性等因素的影響，最后的上升高度會(huì)存在較大差異，漿液上升高度的不同對(duì)樁周土體加固的高度不同，樁側(cè)摩阻力的大小也會(huì)存在差異。此外，樁底與樁側(cè)填充土體的性質(zhì)也會(huì)影響承載力增加程度，粗粒土實(shí)施注漿后單樁極限承載力增加幅度大，反之，細(xì)粒土單樁極限承載力增加幅度較為有限。

2.3 復(fù)式注漿

灌注樁成樁且達(dá)到設(shè)計(jì)要求后即可開展注漿工作。若注漿量條件一致，采用復(fù)式注漿方式能夠有效提升注漿效果，擴(kuò)大樁周土體改善面積，提高注漿效率，對(duì)單樁極限承載力產(chǎn)生正面積極的影響。

3 工程實(shí)例

本文選取4個(gè)工程實(shí)例，重點(diǎn)分析注漿后的承載力設(shè)計(jì)值與計(jì)算值的對(duì)比情況、注漿量不同時(shí)承載力及與樁頂、樁端沉降量的對(duì)比情況、注漿樁和未注漿樁承載力與沉降關(guān)系對(duì)比曲線三個(gè)方面。

3.1 注漿后的承載力設(shè)計(jì)值與計(jì)算值的對(duì)比

實(shí)例1：某建筑工程為24～27層住宅樓，地下1層，埋深為6 m左右，采用混凝土鉆孔灌注樁，有效樁長(zhǎng)L為36.05 m，其中樁端持力層為8a粉質(zhì)黏土，入土深度為9 m。

實(shí)例2：某建筑工程為25～32層住宅樓，地下1層，埋深為4 m左右，采用混凝土鉆孔灌注樁，有效樁長(zhǎng)L為38.04 m，其中樁端持力層為7a粉質(zhì)黏土，入土深度為9 m。

分析以上兩例建筑工程地質(zhì)勘察報(bào)告，未注漿與樁底注漿后的單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Q，見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算結(jié)果與靜試樁結(jié)果對(duì)比表

比較實(shí)例1與實(shí)例2計(jì)算結(jié)果與靜試樁結(jié)果對(duì)比表可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)施注漿后，灌注樁單樁極限承載力可明顯提高，提高29.6%～42.4%，且實(shí)例1試樁未壓破壞，實(shí)例2試樁壓至破壞，這反映出孔底注漿極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值還有發(fā)揮空間。

3.2 注漿樁和未注漿樁承載力對(duì)比

實(shí)例3：某高層建筑，灌注樁類型為Φ700 mm鉆孔灌注樁，為比較注漿前后單樁的承載力與沉降關(guān)系，試驗(yàn)共選擇2根灌注樁，1根按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ 94—2008)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施注漿，另外1根不注漿，比較2根灌注樁的靜載荷載試驗(yàn)結(jié)果與沉降情況，見(jiàn)表2。

表2 靜載荷試驗(yàn)結(jié)果與沉降值

圖1 注漿樁沉降Q-s曲線圖

圖2 未注漿樁沉降Q-s曲線圖

分析靜載荷試驗(yàn)結(jié)果與沉降值、注漿樁和未注漿樁承載力與沉降關(guān)系可以確定，若沉降量相同，實(shí)施注漿后樁的承載力大大提高，可提高60%，同時(shí)未注漿樁壓至破壞，灌注樁也沒(méi)有出現(xiàn)破壞情況，同時(shí)單樁的極限承載力還存在一定可發(fā)揮的空間。

4 結(jié)束語(yǔ)

混凝土灌注樁性能突出，能夠保證樁基的穩(wěn)定性與控制施工成本，在當(dāng)前建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。在混凝土灌注樁中應(yīng)用后注漿法施工技術(shù)，能夠有效提高單樁極限承載力，控制樁基沉降現(xiàn)象，提高建筑工程綜合效益。

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