后注浆对桩基承载力的提高作用

后注浆对桩基承载力的提高作用摘要：本文以沈阳市太原街万达广场工程为例，探讨了后注浆对桩基承载力的提高作用。本工程采用桩端后注浆钻孔灌注桩，桩顶端持力层为砂砾层，混凝土强度为C50，重点探究了桩端后注浆钻孔灌注桩对桩基承载力的提高作用。关键词：后注浆；桩基承载力1后注浆提高桩基竖向承载力的作用机理1.1桩端注浆提高桩基承载力的作用机理桩端注浆提桩基承载力的原因不是单—的，而是诸多方面共同作用的结果。①固化桩底沉渣，提髙桩端持力层承载力。桩端注入浆液后，该浆液与桩端沉渣混合固化，凝结成为化学性能稳定、强度高的结石体，相当于减少沉渣厚度。同时，浆液会沿着桩端持力层的孔隙渗透和扩散，使桩端土层强度提高，从而提高桩端承载力。对于不同的桩端土层性质，桩端注浆加固的作用机理并不完全相同。对于细粒土进行桩端注浆时，注浆的作用主要是对桩底沉渣进行填充加固，浆液渗入率低，主要是实现劈裂注浆。浆液沿裂隙或孔隙进入土层中，使单一介质土体被网状结石分割成复合土体，提高桩端土体密度并能有效传递和分担荷载，从而提高桩端阻力。②改善桩一土界面特征。在桩端注浆过程中，随着注浆量和注浆压力的提高，在桩端以上一定高度内会有浆液沿着桩侧泥皮向上渗出，加固泥皮、充填桩身与桩周土体的间隙并渗入到桩周土层一定宽度范围内，浆液固结后调动起更大范围内的桩周土体参与桩的承载力，改善桩土接触面的条件。在桩端以上2.50范围内压浆桩的桩侧摩阻力可以提高2.5倍左右。③减少桩基沉降变形。在注浆压力作用下，桩端土层得到挤压密实，使桩端压缩变形部分在施工期内提前完成，减少以后使用期的压缩沉降。1.2桩侧注浆提高桩基承载力的原理桩侧注浆可提高桩与土之间的表面摩擦力，桩基承载力作用机理是利用压力将水泥浆液注入桩侧，水泥浆液会充填桩身与桩周土体间的间隙，并减小泥皮的影响，使桩身与桩周土的胶结力得到提高，从而提高桩侧阻力；在高压作用下，水泥浆液挤压密实或劈裂桩周土体，对桩周土体进行渗透、充填、挤压，增强桩周土体强度，提高桩侧阻力。2钻孔灌注桩的静载试验2.1静载试验通过对桩的静载试验，验证后注浆对桩基承载力的提高作用。对7组桩进行试验，其中五根采取后注浆技术，这7组静载试验桩的静载试验结果见图1。图1各试桩荷载—沉降曲线对比图静载试验采用锚桩-反力架装置，即每根测试桩的竖向反力由邻近的锚桩提供，竖向静载加荷测试采用6300kN油压千斤顶（四台）加荷，由100MPa压力表测读荷载值，测试桩的竖向位移采用大行程百分表量测。本次测试采用维持荷载法，即逐级加荷，每级荷载达到稳定后，加下一级荷载，直至满足设计要求，然后按规定逐级卸载到零。测试方法及单桩竖向承载力的评定，均按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的规定执行。2.2试验结果分析实验结果表明，1号楼注浆桩单桩竖向极限承载力为14000kN，非注浆桩单桩竖向极限承载力为9000kN，说明注浆桩单桩竖向极限承载力比非注浆单桩竖向极限承载力能提高55.5％以上。2号楼注浆桩单桩竖向极限承载力为13000kN，非注浆单桩竖向极限承载力为9000kN，说明注浆桩单桩竖向极限承载力比非注浆单桩竖向极限承载力能提高44.4％以上。当荷载较小时，桩顶即产生沉降。当未注浆的试桩1-182加载到荷载为9000kN时，桩顶沉降约为21.14mm；而采用桩端后注浆的试桩1-118在9000kN时桩顶沉降为8.27mm，说明桩端后注浆的试桩桩顶沉降比未注浆的沉降值小。也就是说，桩端后注浆可以减少沉降量，使得桩底的沉渣及卵石层得到固化。3数值模拟分析3.1有限差分法计算模型的建模思路3.1.1为了在有限差分分析中使问题既得以简化又能反映问题的主要特征，本文做了如下假定：（1）假定桩体和注浆体均为线弹性体；假定土体为理想弹塑性体，服从摩尔库仑屈服准则；（2）假定在竖直荷载作用下，桩与桩周土之间不产生相对滑移，其接触面上的结点在变形过程中始终保持接触；（3）钻孔过程引起的土体位移和应力场的变化不予考虑。3.1.2计算模型中土体所取的计算范围为：水平方向取桩轴向外10D，D为桩的直径，取0.8m，垂直方向取桩长的两倍，桩端注浆体简化为直径2m×高2m的圆柱体。模型的边界条件为：模型顶部，z=0，是一个自由面，在左右两边垂直面上限制X方向的位移，在前后两垂直面上限制Y方向的位移。模型底部，z=-40m，固定于Z方向。在x=±10m，y=±10m处的模型侧面上施加固支边界条件；上部边界土体则在X、Y、Z方向都完全自由。3.2计算参数的选取假设注浆后的浆土加固区域为一个圆柱形体，其强度大于原始土体，考虑地基为桩周的一层砂土，其参数如表1。桩体、桩端注浆体的参数见表2。表1土体计算参数表2桩体和浆体加固区的材料参数3.3桩长的变化对后注浆灌注桩的受力性状的影响对桩长分别为20m、25m、30m、35m、40m的桩端注浆桩和桩端未注浆桩进行建模，其中桩径均为0.8m，桩端注浆桩注浆体为直径2m×高度2m的圆柱，注浆体的压缩模量为300MPa，未注浆桩桩端土的压缩模量为40MPa。主要研究桩长的变化对后注浆灌注桩的受力性状的影响。在各级荷载作用下绘制不同桩长的注浆桩和未注浆桩的Q-s曲线对比图如图2所示。图2不同桩长注浆桩和未注浆桩的Q-s曲线对比图在桩径相同时，在桩端注入浆体后，承载力得到不同程度的提升，位移也大幅度减小，桩长为20m时，注浆桩桩顶位移分别比未注浆桩减少了41.6％；继续增大后注浆桩桩长至25m、30m时，注浆桩桩顶位移分别比未注浆桩分别减少了42.9％和47.6％；而再继续增大桩长至35m、40m时，注浆桩桩顶位移分别比未注浆桩分别减少了35.2％、33.7％，其减少的幅度有所降低。可见，在桩端注浆体体积相同的条件下，后注浆桩桩长的变化对桩端极限承载力的提高和桩顶位移的减小有很大的影响，当桩长为30m左右时使用后注浆技术更为经济有效。3.4不同注浆量对后注浆灌注桩的受力性状的影响对桩长为20m，桩径为0.8m的桩，分别取未注浆桩、桩端注浆体为直径1.5m×高度1.5m的圆柱、桩端注浆体为直径2m×高度2m的圆柱、桩端注浆体为直径2.5m×高度2.5m的圆柱、桩端注浆体为直径3m×高度3m的圆柱在荷载为8000kN时进行建模，注浆体的压缩模量取300MPa，主要研究桩端注浆量的变化对桩的受力性状的影响。各级荷载作用下桩端注浆量不同条件下Q-s曲线对比图如图3所示。图3不同桩端注浆体的注浆桩与未注浆桩的Q-s曲线对比图从结果可以得知，在相同桩长、桩径的情况下，注浆量较大的桩在相同荷载作用下其沉降量要小于注浆量较小的桩。在实际工程中由于承载力增加的幅度有限，因此存在一个最优注浆量的问题。注浆量在实际工程中应结合现场试桩资料和当地其他工程的经验来确定。3.5试验桩的数值模拟在桩体受荷载作用过程中，桩端后注浆会对桩土位移场产生影响，图4和图5分别为桩长为20m、桩径为0.8m的桩端后注浆桩（桩端注浆桩注浆体为直径2m×高度2m的圆柱）和桩端未注浆桩在荷载作用下的位移场对比图。图4未注浆桩位移场图图5注浆桩位移场图从图中可以明显看出注浆桩的桩底位移明显比未注浆桩的桩底位移小，说明后注浆效果显著。4结果分析及结论4.1数值模拟与静载试验结果对比分析将数值模拟的结果进行整理，画出Q-s曲线并与静载荷试验结果进行对比，对比结果分别见表5、表6，并分别绘制对比图见图5、图6。对比结果表明，采用数值模拟的Q-s曲线与实测的Q-s曲线比较接近，Q-s曲线的大体走势一致，数值模拟得出的桩顶位移量略高于试验桩。这是由于数值模拟过程中，为了方便建模对地层厚度及注浆区的参数进行了统一和简化，因此造成模型与实际地层情况间的差异，但模拟计算所得桩顶位移与试验桩的差异不大，且总体变化趋势是一致的。图6模拟桩与试验桩桩顶Q-s曲线对比图（注浆）图7模拟桩与试验桩桩顶Q-s曲线对比图（未注浆）从以上分析可见，采用数值手段来模拟在竖向荷载下钻孔灌注单桩的承载情况是比较可靠的。4.2结论本文在广泛查阅国内外相关研究成果的基础上，以沈阳太原街万达广场工程为背景，采用数值模拟和现场试验相结合的方法对桩端后注浆钻孔灌注桩对桩基承载力的提高作用进行了探索和研究，得到的主要结论如下：4.2.1从试验结果可以看到，本工程在桩端砾砂层注浆2.6t后，注浆桩竖向极限承载力比未注浆桩提高了44.4％以上，注浆效果明显；数值模拟与静载试验结果对比表明，数值模拟结果与实际试桩结果基本吻合。4.2.2通过分析试桩1-118、1-182，当桩顶荷载为2000kN时，注浆桩的桩顶位移仅比未注浆桩的减少了1.69mm，差异不是很明显；当荷载增大到6000kN时，注浆桩的桩顶位移比未注浆桩的减少了8.45mm，差异十分明显。表明在一定范围内桩顶荷载越大，注浆效果越明显。5结束语采用后注浆工艺使工程桩质量更为均匀稳定，完善了钻孔灌注桩施工工艺。钻孔灌注桩施工具有一定的隐蔽性，所以在后注浆施工中，必须牢牢掌握每道工序的技术标准，严格控制好每个环节的作业流程，使注浆作业时刻保持在可控制范围之内。参考文献：［1］刘博．钻孔灌注桩后压浆技术施工质量的监理控制要点［J］．工程质量，2011，(4).［2］刘耀东，卢立海，徐金华．钻孔灌注桩桩端后注浆施工技术研究［J］．混凝土，2010，(7).[3]龚维明等.基桩静载试验自平衡法.中国建筑工业出版社.2009