某渡槽后注浆灌注桩适应性试验研究

何丽娟，张卫军，朱 琦

(1.湖北省水利水电科学研究院，湖北武汉430070；2.湖北正平水利水电工程质量检测有限公司，湖北武汉430070)

0 引 言

钻孔灌注桩因施工方便、承载力高、适应性强等特点，在工程中得到了广泛的应用[1- 3]，但施工中桩侧的泥皮、沉渣过厚和孔壁松弛等问题，对钻孔灌注桩的完整性和承载能力具有一定的影响[4- 6]。后注浆技术因注浆体的渗透固结、填充挤密及劈裂加筋等作用效应[7- 8]，一定程度上能克服钻孔灌注桩的固有缺陷。但在不同地质条件和水文条件下，注浆效果存在较大差别，因此工程中经常采用试验桩来验证后注浆技术的工程适应性。本文对鄂北地区水资源配置工程某渡槽的多根试验桩体进行注浆前后的性能试验(包括低应变、高应变、静载和桩身应力等)，研究了特定地质条件下，后注浆技术对桩体完整性和承载能力的影响，对为工程设计和施工等提供理论依据和技术支持。

1 工程概况

鄂北地区水资源配置工程第2标段渡槽槽身下部支撑结构为圆端形重力墩接混凝土灌注桩形式，桩径1.5 m，混凝土强度C25，桩长24.5～28.5 m，设计持力层为第三系泥岩(半成岩)，试验桩数5根，设计承载力极限值13 600 kN，采用桩端与桩侧后注浆。

根据勘察报告可知， 该渡槽属于襄枣盆地东缘岗地地貌，地形略有起伏，局部地段为低洼地带，自然坡度小于10°，区内农田密布。沿线出露及揭示的地层主要为上第三系、第四系中更新统地层，其成因类型主要为坡积。地层简单，主要为粘土及半成岩状泥岩、砂质泥岩。主要地层及岩性特征为①上更新统阎庄组坡积层：岩性主要为黄褐色、褐黄色、红褐色黏土，含蓝灰色条带状或网纹状高岭土条纹或条带，局部含黑褐色铁锰质氧化物及其结核，下部含钙质结核或团块，局部钙质物偏高，具中等膨胀土。②上第三系：该地层岩性以蓝灰色泥岩、砂质泥岩，多呈半固结而半成岩状态，局部固结较好。

2 试验及结果分析

为检验后注浆在该特定地质条件下的适应性，共设置5根试验桩(编号分别为S1～S5)，对注浆前后桩体的完成性和承载能力等进行试验，分别进行低应变检测、高应变检测、单桩竖向抗压静载荷试验、桩身应力测试等试验。

2.1 低应变试验。

采用反射波法对基桩进行低应变动测，根据反射波的相位特征，推测桩身结构完整性情况。试验采用低应变法共检测桩身完整性4次：第1次单桩竖向抗压静载试前以及静载后(高应变试验桩前)均采用低应变法对5根试验桩进行检测。高压注浆后，第2次单桩竖向抗压静载试验前及抗压静载试验后，采用低应变法检测了4根试验桩。试验结果如表1所示。

表1 注浆前后低应变测试结果

由表1可知，受检桩桩身完整性良好，所有受检桩试验后均为Ⅰ类完整桩，应力波的传播速度在桩体注浆前后及抗压静载试验前后基本一致，说明在当前条件下，桩体的完整性和应力波的传播速度不受桩体注浆和抗压静载试验的影响，原因可能是注浆和静载试验前桩体完整性较好，后注浆浆液基本未渗透到桩体混凝土孔隙中，静载试验对桩体的压缩效应不明显。

2.2 高应变试验

在重锤的冲击作用下，获得桩体的瞬态高应变力、应变状态，在CASE法分析计算的基础上，根据工程地质勘察资料及实测时程曲线，对试验桩进行曲线拟合计算(CCWAPC)，以获得试验桩的侧阻及端阻分布情况，试验结果见表2和表3。

表2 CASE法检测结果

表3 CCWAPC法检测结果

由表2、表3可知，5根试验桩体单桩竖向极限承载力均大于设计承载力极限值13 600 kN，且CASE法和CCWAPC法能相互印证。

2.3 单桩竖向抗压静载试验

试验采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每级荷载达到相对稳定后再加下一级荷载。对S1、S2、S4试验桩进行了注浆前后的静载试验分析，通过注浆前后承载力比对，以验证后注浆对竖向抗压承载能力的影响，试验结果见图1。

图1 试验桩注浆前后的荷载-位移曲线

由图1可知，试验桩体注浆前极限承载力值分别为17 680、19 040、17 680 kN，注浆后极限承载力值分别为19 040、20 400、19 040 kN，均满足极限承载力设计值13 600 kN的要求，且极限承载能力有一定的提升，平均提高7.5%，说明当前条件下，后注浆对单桩竖向抗压承载能力有一定的改善作用。同时，与高应变试验结果进行比对可知，动载试验与静载试验对比结果一致性良好，说明高应变动测和单桩竖向抗压静载试验结果可靠。

2.4 桩身应力测试

对S1、S2、S4试验桩进行灌浆前后桩身轴力、摩阻力的测试。根据钢筋计测得注浆前后各桩身轴力和桩侧摩阻力在各级荷载作用下沿深度分布情况，结果分别如图2、3所示，注浆前后各桩体极限端阻力取值情况见表4。

图2 试验桩注浆前后桩身轴力沿深度分布情况

图3 试验桩注浆前后摩阻力在各级荷载作用下沿深度分布情况

由图2可知，同一根桩在同级荷载条件下，桩身轴力随深度的增加基本呈减小趋势，注浆前后变化趋势基本相同；在不同等级荷载条件下，随加载荷载的增加，桩身轴力呈增大趋势，注浆前后变化趋势基本相同。注浆前后桩身轴力未见明显变化规律。

由图3可知，桩侧摩阻力在压浆后整体有变大的趋势，侧摩阻力有小幅提升，说明后注浆使该桩体抵抗竖向荷载能力增强。

由表4可知，注浆前后，基桩端阻力未见明显增加，极限端阻力约占单桩竖向极限承载力的30%左右，但端阻力在竖向极限承载力的比例有小幅降低，说明在该地质条件下，后注浆方式对端阻力无明显改善作用。

表4 注浆前后各桩体极限端阻力取值

3 结 论

(1)在鄂北地区水资源配置工程第2标段渡槽钻孔灌注桩当前施工方式和地质条件下，后注浆对桩体完整性无明显影响，主要原因可能是注浆前桩体混凝土较为密实所致。

(2)后注浆对单桩竖向抗压承载能力有明显的改善作用，极限承载能力约提升7.5%，主要原因是注浆后侧摩阻力有明显的提升。

(3)注浆前后桩体轴力及沿深度变化趋势未见明显影响，轴力未见明显变化规律，侧摩阻力有明显的提高，端阻力未见明显的变化，说明后注浆方式对桩体的改善作用受施工条件和地质条件影响，工程中应按实际条件选择合适的注浆方式。