浅谈公路桥梁后压浆技术试验研究

王海潮

1 后压浆技术机理

公路桥梁后压浆技术是在钻孔灌注桩成桩后,当桩身达到一定强度后,通过预埋在桩内的注浆管,将以水泥为主剂的浆液压入桩底与桩周土体中,以充填灌浆、渗透灌浆、劈裂灌浆或压密灌浆等多种形式对孔底沉渣、持力层软化、土层扰动及桩端附近土层和泥浆护壁泥皮等起到渗透、填充、压密、固结的作用,使之形成一种中高强的水泥土层,从而使桩扩大桩头、增加受力面积[1]。本文分别采用常规灌浆工艺及后压浆工艺对桩基进行施工,通过单桩竖向静载试验对比后压浆技术的实际意义。

2 试验概况

1)工程及地质概况。本次试桩工程位于湖北十堰市—甘肃天水市高速公路陕西段。成桩形式为钻孔灌注桩,桩径为1.5 m,桩长25 m,分常规灌浆工艺与后压浆工艺两种,每种工艺采用的试验桩为3根,注浆距成桩4 d。根据钻孔勘察及工程地质调查结果,勘察区内地层均为第四系松散碎屑堆积地层。试验区上部地层为全新统冲积亚黏土、亚砂土,下部地层岩芯多呈碎屑状,岩体极易破碎,岩质软,其间夹薄层透镜状亚黏土、亚砂土层。该地区的地质情况符合后压浆技术所适合的地质条件。

2)加载与量测系统。单桩竖向承载力试验采用锚桩横梁反力装置进行加载,该装置由反力系统、加载系统、位移测量系统三部分组成。加载方法与常规桩基加载设计情况类似。桩顶处布设3个千分表,取结果的平均值[2,3]。

3)终止加载条件。某级荷载作用下,试桩的沉降量为前一级荷载作用下沉降量的5倍或某级荷载作用下,桩顶的沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍,且24 h未达到相对稳定;试桩累计沉降量达到40 mm。

3 试验结果分析

试验条件下测试出常规灌注桩与后压浆灌注桩下的单桩承载力曲线如图1,图2所示。常规试验桩的荷载—位移曲线比较明显,存在明显的拐点,当荷载为19 000 kN时,3根试验桩的位移分别为40.804 mm,40.202 mm以及40.198 mm,累积沉降量均超过40 mm。此时,单桩的极限承载力为19 000 kN。后压浆试验桩的荷载—位移曲线为缓变型。曲线未出现下弯、突变等。3根试桩加载均未达到破坏,累计沉降量均不到40 mm。确定试验桩单桩竖向极限承载力大于28 000 kN。对比可知,后压浆试验桩的单桩承载能力至少提高了47.36%,桩体承载能力得到大幅度提升。以下通过数值分析的方法浅论后压浆桩基的作用机理。

4 数值计算分析

数值分析采用的网格划分方法如图3所示。桩体采用弹性体分析,桩体弹性模量 E=35 GPa,泊松比 μ=1.67。土体服从摩尔库仑屈服准则,桩周土体弹性模量为 16 MPa,泊松比为0.35,粘聚力3 kPa,内摩擦角27°;桩底土体弹性模量为80 MPa,泊松比为 0.3,粘聚力20 kPa,内摩擦角31°。后注浆以后桩底和桩周注浆体的弹性模量E在80 MPa～600 MPa之间。计算出最终加载状态时,桩体达到极限承载力时常规桩塑性应变的数量级为10-3,而后压浆桩的塑性应变的数量级为10-5～10-4。常规试验桩受荷载作用时影响范围较小,而后压浆桩由于桩周与桩底压浆的处理,使得桩周与桩底在桩体受荷载时所形成的桩—浆—土系统共同抵抗荷载,桩周摩阻力和桩底持力层抵抗能力都得到很大提高,同时在云图上也明显反映了后压浆桩周土体影响范围广,但塑性应变数值要远小于常规桩。

5 结语

通过现场桩基对比试验得出了后压浆试验桩的单桩承载能力至少提高了47.36%,单桩极限承载能力得到大幅度提升;数值分析计算的结果也证实了后压浆技术在提高桩周土体的摩阻力与桩底的抵抗力的优越性。

[1] 安 静.钻孔灌注桩后压浆的作用机理及承载特性分析[J].山西建筑,2010,36(5):133-134.

[2] 朱拥军,严立新,穆保岗.钻孔灌注桩后压浆技术的应用[J].工程建设,2010(1):23-24.

[3] 张忠苗,吴世明,包 风.钻孔灌注桩桩底后压浆机理与应用研究[J].岩土工程学报,1999,21(6):681-686.