桩端后压浆工艺对单桩承载力及桩身沉降的影响分析

张 成，万晓峰，刘传新，唐连权，王甘林

(1. 苏交科集团股份有限公司，南京 210019; 2. 江苏省地下空间探测技术工程实验室，南京 210000)

特大型跨海、跨江桥梁对桩基础承载力和沉降的控制要求越来越高，传统的依靠增加桩长、桩径来提高承载力、控制桩身沉降的方法，不但增加了整个工程的造价，而且桩长过长，给施工带来了很大的困难。因此，在总结和实践的基础上，桩端后压浆工艺应运而生。通过对桩端进行后压浆，压力浆液对桩底沉渣、扰动土和桩侧泥皮进行固化，使桩身承载力得到提高，减小了桩身沉降，同时降低了工程造价，取得了良好的经济效益。

基于桩端后压浆的作用机理，桩身承载力得到提高已被行业广泛认可，但由于地质条件的复杂性，且压浆效果受土性、孔隙率、颗粒大小以及水环境等多重因素的影响，承载力具体能够提高多少还需要进一步研究[1-4]。本文结合台州湾大桥试桩自平衡法承载力试验，通过对试验数据的统计分析，对比压浆前后承载力、桩侧摩阻力和桩身竖向位移变化，以此评价桩端后压浆工艺对单桩承载力和桩身沉降的影响。

1 项目概况

1.1 工程简介

浙江省台州湾大桥及接线工程起于台州市三门县六敖镇，接三门湾大桥及接线工程，终点与温岭市城南镇附近乐清湾大桥及接线工程相接，路线全长 102.434 km。

1.2 地质条件

该项目跨线长，全线地质差异较大，地质条件复杂。跨海段试桩地层上部多以淤泥、淤泥质黏土为主，桩身中下部土层为粉质黏土夹杂部分粉砂层为主，桩端持力层为含黏性土的圆砾层；陆上段试桩地层上部主要以淤泥质黏土为主，桩身中下部主要为粉质黏土夹部分粉砂层，桩端持力层多以粉质黏土为主。

1.3 试桩概况

本次的9根试桩全部采用桩端后压浆工艺，试桩详细参数如表1所示。

表1 试验参数

2 测试方法和过程

该项目试桩桩长较长、承载力大且多位于海上，现场的场地条件难以满足传统的堆载法试验，因此，该批试桩测试采用自平衡法。试桩试验分为压浆前和压浆后两次加载，为了更准确地得到试桩压浆前后的极限承载力，试桩均埋设了双荷载箱。两个荷载箱将整根桩分成了A、B、C三段，加载顺序如下：

(1) 成桩满足休止期后开始加载下荷载箱，测出注浆前C段及桩端承载力。

(2) 下荷载箱加载结束后，逐级卸载，然后加载上荷载箱，测出B段承载力。

(3) 借用下荷载箱保压，使B和C桩体共同对A形成反力，继续加载上荷载箱，得到A段承载力。

(4) 桩端后注浆，至少20天后继续加载下荷载箱，测出注浆后C段承载力。

(5) 下荷载箱加载结束后，对下荷载箱逐级卸载，然后加载上荷载箱，测出B段承载力。

(6) 借用下荷载箱保压，使B和C桩体共同对A形成反力，继续加载上荷载箱，得到A段承载力。

3 结果分析

3.1 承载力结果分析

根据试验测试结果，将实测极限承载力与设计单桩承载力做对比，结果如表2～3和图1～5所示。

表2 承载力试验成果汇总

表3 压浆前后桩端、整桩承载力提高幅值

图1 压浆前后实测承载力与压浆后设计承载力比值对比

图2 压浆前后桩端部分承载力提高百分比

图3 压浆前后桩侧承载力提高百分比

图4 压浆前后整桩承载力提高百分比

图5 压浆前后桩端、桩侧贡献比

综上可知，压浆后的承载力相较压浆前有了显著的提高，桩端承载力提高幅度为76.7%～263.0%，桩侧承载力提高幅度为20.4%～43.7%，整根桩的承载力提高幅度为37.5%～49.6%。桩端承载力的提高幅度高于桩侧承载力的提高幅度，且桩端承载力的增加值在整桩承载力增加值中占主导地位，桩端承载力增加值占59.3%，桩侧部分占40.7%。

3.2 荷载-沉降分析

根据试桩的测试情况得到相应的Q-s曲线及s-lgt曲线，采用等效转换方法转换至桩顶，得到该试桩等效转换曲线。选取两根典型的试桩压浆前后转换Q-s曲线(如图6所示)对压浆前后桩身沉降变化进行分析。

(a)

(b)

由图6可知，压浆后的荷载-位移曲线位于压浆前荷载-位移曲线的上方，说明同等荷载条件下，压浆后的桩身沉降明显要比压浆前的沉降值小。由图6(a)可知，压浆前极限承载力15 724 kN，桩身沉降27.18 mm，压浆后同等荷载下 (为便于分析，近似为线性关系，通过内插法求出沉降)的桩身沉降12.40 mm；由图6(b)可知，压浆前极限承载力21 892 kN，桩身沉降32.89 mm，压浆后同等荷载下桩身沉降17.12 mm。

通过对两幅典型Q-S曲线进行分析，同等荷载条件下，压浆后位移量较压浆前位移量明显减小，减少百分比分别为54.37%和47.95%。

4 结论

本文以台州湾大桥试桩自平衡测试为工程背景，介绍了自平衡加载原理及测试过程，主要对压浆前后的测试数据进行分析，对比压浆前后承载力及位移沉降，得出如下结论：

(1) 压浆后单桩承载力较压浆前明显提高。整桩承载力提高幅度为37.5%～49.6%，其中，桩端部分提高幅度为76.7%～263.0%，桩侧承载力提高幅度为20.4%～43.7%。

(2) 桩端承载力的增加值在整桩承载力增加值中占主导地位，其中，桩端承载力增加值占59.3%，桩侧部分占40.7%。

(3) 压浆后的桩身沉降较压浆前明显减少，桩端后压浆技术对于减少桩身不均匀沉降具有明显效果。

综上所述，桩端后压浆技术对于提高基桩承载力，加固桩端土体减小桩身沉降具有显著效果，特别适用于江、河、海上对于桩身沉降有严格要求的大直径基桩，其对保证基桩工程质量，提高工程安全系数具有重要意义。