武汉某摩擦型灌注桩后注浆单桩竖向承载力试验研究

孙凤玲， 刘焕存， 刘 涛

( 中航勘察设计研究院有限公司，北京 100098)

0 引言

灌注桩后注浆技术，通过浆液的劈裂、渗透、填充、压密、固化等多种作用形式组合，改变桩侧或桩端与岩、土之间的边界条件，固化桩侧泥皮、消除桩端虚土及沉渣隐患，从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉降量。桩侧阻力提高与桩端土支撑刚度增强有匹配关系，提高桩端支撑刚度，既可提高端阻力，又可增强侧阻力，减少沉降。选择较硬土层作为桩端持力层、严控孔底沉渣或采用后注浆增强等措施具有重要的工程意义[1-3]。

《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)[1]给出了后注浆灌注桩的单桩极限承载力计算公式，其中侧阻力和端阻力的增强系数系根据数十根不同地层的后注浆灌注桩与未注浆灌注桩静载对比试验给出，具指导性和局限性。

武汉市基本属于长江1级阶地，基岩(志留系)埋深平均约50 m，局部超过60 m，上覆盖层主要由第四系全新统冲积层和第四系晚更新统冲洪积层组成，并由粘性土过渡到砂性土，土颗粒逐渐变粗，钻孔灌注桩多以卵石层或基岩为持力层[4-9]。而本项目位于武汉市东西湖区，勘察钻孔70 m深度内无稳定的卵石层和基岩层，场地内存在深厚砂质粘性土层，桩身受力主要以桩侧摩擦力为主。要获得较大单桩承载力，扩大桩径增加桩长是基本思路，但桩身穿越深厚粘土夹砂层时沉渣控制等施工难度大，相应工期长、造价高，通过试桩工作验证持力层选择为粉细砂夹粉质粘土为摩擦桩桩端持力层，经复式后注浆处理后的单桩抗压承载力特征值，为优化桩基设计提供依据及类似工程提供技术参考。

1 工程概况与试桩方案

1.1 工程与地质概况

项目场地位于武汉市东西湖区，该项目主要由变形敏感、抗微震要求的多栋厂房组成，无地下室，桩顶标高为现有地面，单柱最大轴力达42200 kN，基础埋深约2.5 m，地质构造为汉口-新界复式背斜的核部。

勘察揭露67.0 m深度范围内的地层由上至下为：表层人工填土、一般第四系成因的粘性土及砂类土、志留系泥岩，土层及参数见表1，试桩范围内典型地质土层分布及特点见图1。场地内地下水类型主要为上层滞水、承压水、基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于人工填土及沟塘底部，以大气降水渗水为主要补给方式，以蒸发为主要排泄方式；承压水主要赋存于粉细砂夹粉质粘土④1层及其下的砾砂层中，与区域承压含水层连通，由层间侧向迳流补给。

表1 场地内地层参数

图1 试桩地层剖面

1.2 试桩方案及施工参数

试桩参数：采用旋挖成孔、泥浆护壁、水下灌注工艺，桩身混凝土等级C40，以④1层粉细砂夹粉质粘土为持力层；第一组试桩直径800 mm、桩长30 m；第二组试桩直径1000 mm、桩长35 m。

注浆参数：桩端设置注浆管2根，桩侧在④1层顶部设置1根；注浆水泥标号P.O.42.5，水灰比为0.5～0.6，注浆压力控制在3～4 MPa，第一组后注浆灌注桩桩侧注浆量≮0.8 t，桩端注浆量≮1.2 t；第二组后注浆灌注桩桩侧注浆量≮1.0 t，桩端注浆量≮1.5 t。

施工采用二次清孔处理，采用声波法做桩身完整性检测，桩身质量良好、完整无缺陷。单桩静载荷试验采用慢速维持荷载法，加载反力装置采用压重平台反力装置。

2 试桩结果分析

2.1 单桩静载荷试验曲线特征

将本场地14根试桩的单桩静载荷试验结果汇总整理于表2。对比分析可知。

(1)摩擦型灌注桩经后注浆后，Q-s曲线由陡降型变为缓变型，见图2和图3。

(2)摩擦型灌注桩经后注浆处理后，单桩竖向承载力提高明显；综合考虑施工因素、地层差异、注浆效果、桩径、桩长等影响，800 mm直径、30 m桩长的灌注桩经后注浆后单桩竖向承载力特征值建议取值(设计值)3500 kN，1000 mm直径、35 m桩长的灌注桩经后注浆后单桩竖向承载力特征值建议取值4200 kN。

表2 试桩载荷沉降结果

注：试桩SZ-3、SZ-5、SZ-6、SZ-10、SZ-11、SZ-14发生极限破坏。

(3)静载慢速加载工况下，两种桩型在建议单桩竖向承载力特征值下的变形值约2.0～6.0 mm，长期荷载作用下的安全可靠性高。

(4)太沙基和ISSMFE指出，桩基沉降量达到桩径的10%时才可能出现极限荷载，对于本场地的粉细砂夹粉质粘土持力层，端阻充分发挥所需的桩端位移为桩径的5%，即40～50 mm，而静载试验慢速加荷下的变形量约2.0～6.0 mm，即后注浆后单桩承载力发挥仍以侧阻力为主，试桩桩身轴力分布及桩侧阻和端阻的承载分担比证实了这一普遍规律，限于篇幅，不作具体展开。

(5)后注浆有效控制了因施工工艺带来的沉渣、泥皮等不利因素，实施的必要性充分且工程意义重大。

2.2 经验值与实测值比较

图2未注浆试桩典型Q-s和s-lgt曲线

结合14根试桩临近钻孔地层资料，按照《建筑桩基技术规范》(JGJ 94—2008)[1]中经验公式，分别对14根试桩进行未注浆与后注浆工况下的单桩竖向承载力计算，系数选用：(1)考虑大直径尺寸效应对灌注桩的桩侧阻力和桩端阻力的影响；(2)后注浆侧阻力增强系数βsi和端阻力增强系数βp按粘性土—粉土类别选取，βsi和βp的建议值为1.4～1.8、2.2～2.5，计算统一取低值，即βsi取1.4，βp取2.2。

图3后注浆试桩典型Q-s和s-lgt曲线

计算每根试桩的竖向抗压承载力特征值，与实测值进行比较，结果见表3。

表3 经验计算值与静载实测值比较

对比经验计算值和实测值,可以发现：

(1)两种桩型的未注浆单桩承载力实测值与理论值均呈负偏差，但偏差较小，表明本场地的地勘报告提供的地层参数基本准确；

(2)直径800 mm、桩长30 m的后注浆单桩承载力实测值与理论值均呈正偏差，偏差均值约15%且后注浆处理后单桩承载力综合提高系数达1.40，表明直接按经验取值保守且此桩型经后注浆后综合性价比高；

(3)直径1000 mm、桩长35 m的后注浆单桩承载力实测值与理论值相差小，但正负偏差都存在，承载力发挥稳定性相对差，单桩竖向承载力综合提高系数约1.20；

(4)在地勘参数准确的条件下，侧阻和端阻增强系数选规范建议区间的最小值计算，两组试桩的实测值与经验值比较，第一组的经验值偏保守，第二组的吻合度相对较高，经对比发现第一组试桩参数的综合性价比高，经过试桩试验推选直径800 mm、桩长30 m为工程桩参数。

3 结论

(1)后注浆摩擦型灌注桩应用于武汉市典型的二元结构地层技术可行，避免桩身穿越深厚粉砂层，成桩工效高、桩身质量有保证，经济合理性好。

(2)本场地的地勘参数准确度高，直径800 mm、桩长30 m的试桩单桩承载力发挥稳定，综合提高系数大，综合性价比优，推选直径800 mm、桩长30 m的后注浆灌注桩为工程桩参数。

(3)经荷载-变形分析，摩擦型灌注桩经后注浆处理后单桩承载力发挥仍以侧阻力为主，但经后注浆处理后，解决了施工工艺带来的沉渣、泥皮等不利影响，单桩抗压承载变形由陡降形变为缓变形，沉降控制好，工程意义重大，实施的必要性充分。

(4)规范中的后注浆灌注桩单桩抗压极限承载力计算公式是经验公式，后注浆侧阻力增强系数βsi和端阻力增强系数βp未按地区分类且取值区间大，取值依据相关项主要为成孔工艺和土层名称，经验参数匹配度相对低，桩基后注浆技术规范推广已达10年，该技术仍为建筑业10项新技术(2017版)之一[10],倡议业界共享试桩成果及工程桩的静载验收成果，大数据背景下进一步开展区域性统计分析具有重要意义。

参考文献：

[1] JGJ 94—2008,建筑桩基技术规范[S].

[2] 刘金砺，等.建筑桩基技术规范应用手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3] 张忠苗.灌注桩后注浆技术及工程应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4] 杜峰,王爱勋.武汉国际会展中心后压浆钻孔灌注桩施工[J].施工技术，2003,32(1):16-18.

[5] 靳皓宇.钻孔灌注桩后压浆技术在武汉地区的应用[D].浙江舟山:浙江海洋大学，2017.

[6] 陈飞.钻孔灌注桩后压浆技术的研究和应用[D].上海：同济大学，2007.

[7] 陈飞,段新胜,方青春,等.钻孔灌注桩桩侧桩端后压浆技术在武汉瑞通广场的应用[J].探矿工程(岩土钻掘工程)，2004,31(1):29-31.

[8] 吴文,刘跃峰,姜清华.武汉市桩基工程若干特征及试验研究[J].土工基础，2005,19(3):38-42.

[9] 周伟,李惠强.钻孔灌注桩后压浆技术应用试验研究[J].华中科技大学学报,2001,29(7):115-117.

[10] 王曙光，高文生,李耀良,等.《建筑业10项新技术(2017版)》地基基础和地下空间工程技术综述[J].建筑技术，2018，49(3).