后压浆灌注桩处理软基工程试验研究

王 鑫，张 强

（1.天津津质工程技术咨询有限公司，天津市300092；2.天津市市政工程设计研究总院，天津市300051）

后压浆灌注桩处理软基工程试验研究

王 鑫1，张 强2

（1.天津津质工程技术咨询有限公司，天津市300092；2.天津市市政工程设计研究总院，天津市300051）

结合实体工程现场试验，对后压浆灌注桩与普通灌注桩单桩承载力、桩端阻力以及桩侧阻力的分布情况进行对比分析。结果表明：后压浆灌注桩上部桩侧摩阻力更容易充分发挥，对于软土地基承载力的改善较明显，可广泛应用于软土地基处理中。

后压浆灌注桩；普通灌注桩；桩基承载力；桩侧阻力

0 引言

后压浆灌注桩是普通灌注桩达到一定龄期后，通过预埋在桩身的灌浆管把水泥浆压入桩侧和桩底土体，加固桩底和桩侧一定范围的土体，从而提高桩的承载力，减少桩基沉降[1,2]。鉴于以上优点，后压浆灌注桩在地基处理中的应用越来越广泛，但在软土地基处理中的应用较少[3]。为了研究后压浆灌注桩对软土地基承载力的增强效果，本文结合实体工程，进行现场试验，通过后压浆灌注桩与普通灌注桩的对比分析，研究后压浆灌注桩单桩承载力、桩端阻力以及桩侧阻力的分布规律，进而明确后压浆灌注桩对于软基的改善机理及效果。

1 试验概况

1.1 试验场地地质条件

试验场地位于某沿海地区，地质情况见表1，表2。

表1 试验场地地质情况

1.2 试验方案

目前，对比压浆桩和非压浆桩的静载试验方法有复式对比法和平行对比法。虽然复式对比法能节省费用，实际应用较多，但由于要对同一根桩在压浆前后进行两次静载试验，测试结果存在很大的不确定性[4,5]，因此采用平行对比法。

选择代表性场地打6根灌注桩，桩直径800 mm，桩长42 m，混凝土强度等级C40。成桩后选择3根桩进行注浆。为了便于对比研究，后压浆采用复式注浆，自桩底每隔12 m设置一道环形桩侧注浆阀，共设3道，桩端设置两个桩端注浆阀，桩侧注浆水泥用量每道取300 kg，桩侧注浆水泥总量为900 kg，桩端注浆水泥用量为1 100 kg，单桩注入水泥2 000 kg。水灰比控制在0.6～0.7，并根据试注浆适当调整。注浆时间在成桩后2 d进行。注浆使用3SNS型注浆泵，水泥采用PSA32.5矿渣硅酸盐水泥。成桩后分别对桩径、桩长及桩身完整性等进行检测，数据见表3。

根据地层条件分别在主要土层分界面深度5 m、10 m、15.5 m、20 m、25 m、29 m、33 m、40 m 埋设振弦式钢筋计。在桩内每个截面上安装4个钢筋计，对称分布，以测试桩身轴力。

表2 地层物理力学参数

表3 成桩检测数据一览表

2 静载试验分析

静载试验采用堆载法，检测方法为慢速维持荷载法。试验在成桩后28 d进行。分别对6根试验桩进行极限静载测试。后压浆灌注桩施加荷载分11级，每级加荷数量为1 100 kN，第一级加荷量为2 200 kN，最大加荷量为12 100 kN。普通灌注桩施加荷载分10级，每级加荷数量为650 kN，最大加荷量为6 500 kN。6根灌注桩的Q-S曲线如图1所示。

图1 后压浆桩与普通灌注桩Q-S曲线对比

对比发现：三组后压浆试验桩破坏模式均为渐进破坏，s-lgt曲线（见图2）未有明显下弯。相同地质条件下的三组普通灌注桩静载试验Q-S曲线，则呈现出刺入破坏的趋势，s-lgt曲线（见图3）尾部有明显的下弯，说明随着加荷时间的延长，桩顶沉降在不断增加。相同地质条件、相同桩长及直径下的两类试验桩，采用后压浆工艺的灌注桩极限承载力高达11 000 kN，极限破坏呈渐进型破坏，而未采用后压浆工艺的灌注桩极限承载力为5 850 kN，极限破坏呈刺入破坏。采用后压浆工艺使单桩竖向承载力较普通桩提高88%，从Q-S曲线分析，后压浆灌注桩在加荷至最后一级（12 100 kN）时，s-lgt曲线未有明显下弯，说明后压浆灌注桩具有更大的承载潜力。

3 桩身轴力分析

进行静载试验的同时实测各级荷载下测量截面的钢筋计频率变化，从而计算钢筋轴力及应力，再根据钢筋与混凝土应力比（弹性模量比）计算各测量截面的轴力。由于钢筋计都是根据地质资料安装在各土层的分界面上，因此各土层的平均摩阻力按式（1）计算：

式（1）中：As为第 i桩段的侧表面积，m2;Qi为第 I层分界面处的轴力,kN。

持力层桩端承力按式（2）计算：

式（2）中：Ap为桩端截面积 m2；Qup为桩端轴力，kN。

计算各土层的分段摩阻力及桩端的承载力，根据桩身轴力分别计算出普通灌注桩和后压浆灌注桩各试验桩段的桩侧单位阻力和桩端阻力，将两种桩侧单位阻力和桩端阻力平均值进行比较，绘于后压浆桩侧、桩端阻力增长特征图，如图4所示。

图2 后压浆灌注桩s-lgt曲线

图3 普通灌注桩s-lgt曲线

从特征图看出，经过桩侧、桩端复式注浆，桩侧及桩端承载力均有较大提高，桩侧阻力最大提高125%，最低提高53%，桩端阻力较普通桩提高45%。这与试验加荷分级和极限承载力取值标准有关。本试验极限承载力取值标准为桩顶沉降大于40 mm的前一级荷载，经桩端注浆后的桩端承载力会随桩顶荷载的增加及桩身下移而逐步发挥出来，说明桩端阻力具有尚未完全发挥出来的潜力。注浆方案的确定主要根据地层条件、桩基的工作性质和承载力要求而定。一般情况下，对于抗压承载力提高幅度不高时（小于40%），可采用桩底单独注浆；当要求承载力提高幅度较高时（大于40%），可采用桩底和桩侧复式注浆；对于抗拔桩可采用桩侧单独注浆。

图4 后压浆桩侧、桩端阻力增长特征图

4 后压浆灌注桩承载力提高原因分析

从以上数据分析可知，通过桩侧和桩端注浆，桩身穿越的土层摩阻力明显提高，这是单桩承载力提高的主要原因。从桩身侧阻力与桩顶荷载的关系（见图5）可以看出，桩侧阻力随桩顶荷载增加从上向下逐步发挥，在达到极限荷载时，桩侧阻力增加幅度逐渐减小。

试验表明，15 m以上的淤泥质黏土及粉质黏土在桩侧注浆作业下桩侧阻力增长明显，后压浆主要起到挤密充填作用。部分开挖发现桩侧包裹一层厚度为20 mm左右的水泥浆层，这是由于浆液在压力作用下对桩侧土进行挤压，在桩径扩大的同时，沿着软弱面向上运动，对泥皮层和桩侧土体进行挤密，浆液充填于挤密后产生的空隙，固结后形成强度较高的水泥结石，相当于增大了桩身直径。对29 m以下的粉砂层注浆作用表现为渗透固结作用。浆液在较小的压力下渗入桩侧土体中一定距离，形成一个结构性强、强度高的结石体，增大桩侧的摩阻力。因此，在上部荷载一定的条件下，可减少桩长或桩径，进而调整桩端持力层。当上部有一定厚度的适于注浆的较好土层时，较之普通灌注桩，可选择上部较好土层为桩端持力层，提高桩基施工效率。

图5 后压浆灌注桩桩侧阻力与桩顶荷载关系图

5 结论

通过普通灌注桩、后压浆灌注桩现场试验对比，得出以下结论：

（1）以桩顶沉降量40 mm控制静荷载试验的极限承载力，后压浆灌注桩表现出渐进破坏，而普通灌注桩则为趋向刺入破坏，后压浆工艺使单桩竖向承载力较普通桩提高88%，且具有更大的承载潜力。

（2）经过桩侧、桩端复式注浆，桩侧及桩端承载力均有较大提高，桩侧阻力提高约53%～125%，桩端阻力较普通桩提高45%，经桩端注浆后的桩端承载力会随桩顶荷载的增加及桩身下移而逐步发挥出来。

（3）注浆方案需根据地层条件、桩基的工作性质和承载力要求确定。一般情况下，对于抗压承载力提高幅度不高时（小于40%），可采用桩底单独注浆；当要求承载力提高幅度较高时（大于40%），可采用桩底和桩侧复式注浆；对于抗拔桩可采用桩侧单独注浆。

（4）由于后注浆可显著提高桩基承载力，在上部荷载一定条件下，可减少桩长或桩径，进而可调整桩端持力层。当上部有一定厚度的适于注浆的较好土层时，较之普通灌注桩，可选择上部较好土层为桩端持力层，提高桩基施工效率。

[1]许才华,龚辉,程国良.后压浆灌注桩的改良特性研究[J].路基工程,2009(5):123-124.

[2]石坚,李敏.后压浆灌注桩工程特性的试验研究[J].铁道建筑,2006(12):73-75.

[3]姚建平,蔡德钩,朱健,等.后压浆钻孔灌注桩承载特性研究[J].岩土力学,2015,36(S1):513-517.

[4]黄生根,张晓炜,曹辉.后压浆钻孔灌注桩的荷载传递机理研究[J].岩土力学,2004(2):251-254.

[5]邓祥辉,张永杰,房海勃.后压浆钻孔灌注桩承载力分析与试验研究[J].建筑科学与工程学报,2015(2):58-64.

TU473.1

A

1009-7716（2017）10-0174-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.053

2017-04-26

王鑫（1990-），女，陕西安塞人，硕士，助理工程师，从事道路工程研究工作。