后注浆钻孔灌注桩承载性状试验分析

周 明 荣

(浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴 312000)

1 概述

在沿海上海、杭州、绍兴等地广泛分布着软土地基。目前在建筑的高层建筑也越来越多，80%以上的建筑采用钻孔灌注桩。钻孔灌注桩有施工比较方便，经济实惠等优点，但是施工时采用泥浆护壁，桩底出现沉渣和桩侧摩阻力降低，往往出现单桩的承载力不能满足结构设计要求[1-5]。如何提高钻孔灌注桩的承载能力是当前工程研究需要解决的一个重要课题，通过对钻孔灌注桩采用后注浆技术，强化浆液与持力层的接触，从而提高了钻孔桩的承载力。同时通过注浆后，单桩的变形量大大减少，减少群桩的不均匀沉降[6-8]，因此对钻孔灌注桩的注浆机理以及影响注浆效果的因素分析具有重要的现实意义。

2 钻孔灌注桩的注浆承载机理

2.1 水泥掺量对强度的影响

通过对不同种类的岩土和不同品种水泥、同种水泥不同强度等分别分类进行搅拌，制作试样进行无侧限单轴抗压强度实验，进行强度对比，并对试样实验前后内部物质进行微观分析不同土样相同水泥掺量下强度的曲线。选用的水泥是32.5的复合硅酸盐水泥。水泥的掺量为5%,10%,15%和20%，粉土和粘土掺量为15%,20%,25%和30%，因为实际工程中由于土的渗透性，圆砾、砾砂渗透性大，可灌性好，而粉土和粘土可灌性差，因此，掺量也相应降低。所用的实验设备是采用电动脱模机，然后采用万能机进行无侧限单轴抗压强度试验，试样进行了14 d,28 d,45 d,60 d的抗压强度结果如图1～图4所示。

通过水泥掺量对强度影响曲线分析看，粘土、粉土、细砂、砾砂随着水泥掺量的增加，其单轴抗压强度都有增大的趋势，而且随着水泥掺量的增加强度逐渐增大，从上图中可知，粘土的强度增长不是很明显，而砾砂强度增长较大，这就说明水泥不同的土在相同的水泥掺量下增长的强度是不同的，粘土的强度较低，而砾砂的强度最大，这主要是和土的孔隙比的大小和土的渗透性有关。

2.2 后注浆钻孔桩的承载机理

钻孔混凝土灌注桩后注浆是在浇筑混凝土后，用一定的注浆压力在桩侧和桩端注入一定量的水泥砂浆，通过渗透固结作用，与周围土体形成一个强度高的泥石体，增大了桩端与土层的接触面积，从而实现提高桩的承载力。其次，桩与周围的土体接触面存在有一层强度低、结构松散的土皮，影响桩承载力的发挥。通过后注浆技术，固结后能形成较强的水泥土，使周围土体的空隙减少，增强了与周围土体接触的粗糙度，加强桩周围对土体的粘聚力。从而提高桩的侧向摩阻力。通过后注浆处理，浆液通过渗透到土体空隙中形成结石，消除桩底浮土的影响，从而对土体起到挤密和加固作用，从而提高了桩端阻力来提高桩基的承载力。

3 钻孔灌注桩的载荷试验

3.1 工程载荷试验

1)工程概况。

在绍兴地区，属于软土地基，但是土层的绍兴某大厦工程，地上25层，地下1层，工程地质条件见表1。

表1 桩周土地层物理力学参数表

2)试桩试验参数及测试方法。

试桩桩径为1 000 mm，桩长要进入到持力层0.5 m，试验采用锚桩—反力架装置，注浆量为3.5 m3，水灰比0.5。

3)桩端注浆的载荷试验结果分析。

从注浆桩s1试桩静载荷试验Q—s曲线数据来看(见图5,图6)，在试验的作用初期加载，注浆与未注浆Q—s曲线基本重要，可以发现，在初始这个阶段，荷载还没有传递到桩端，桩底的注浆根本没有发挥作用。随着荷载的增大，Q—s曲线明显分开了。当荷载加到极限荷载的60%时，两条曲线明显差异，未压浆的桩基与后注浆桩基的承载力明显发生较大的变化，地基的沉降量也发生显著变化，注浆以后的桩基沉降明显较少。

桩顶荷载增加到13 200 kN时，沉降急剧下降，沉降量增加到20 mm，且一直未稳定，通过分析得出桩的承载力特征值约为7 860 kN。桩承载力的极限承载力值通过《规范》公式得到桩的承载力特征值为5 800 kN，承载力增加了35%。

3.2 理论计算与试验成果比较

根据JGJ 94—2008建筑桩基技术规范计算桩端竖向承载力。首先运用JGJ 94—2008建筑桩基技术规范5.3.10公式对s1桩提供数据进行桩端后注浆竖向承载力极限值计算:

Ra=βpqpaAp+up∑qsialI+u∑βsiqsiklgi。

其中，βsi为后注浆侧阻力增强系数，取2.5；βp为后注浆端阻力增强系数，取3.5，桩侧竖向增强段为桩端以上12 m，由于桩侧增强端穿越粉质粘土、含粘土粉砂、粉砂和粉砂砂砾，因此，各个土层后注浆侧阻力增强系数分别为1.7,2.1；后注浆端阻力增强系数βp，取2.7，对各勘察孔附近后注浆灌注桩承载力进行计算，经过后注浆后，计算得到的单桩竖向极限承载力为13 068 kN。未注浆时单桩极限承载力为8 560 kN，通过载荷试验Q—s曲线数据分析得出桩承载力特征值为13 200 kN。具体的结果见表2。

表2 单桩承载力极限值计算对比表

从表2中结果比较可以知道，后注浆桩与未注浆桩相比，单桩的竖向极限承载力提高了52.7%。因此，钻孔灌注桩经过后注浆处理后，沉降量也明显下降，作用效果非常明显。通过理论计算极限承载力与实测值的误差不大于12%，实测值比理论值稍高。因此，可以考虑适当的安全余量，理论计算可以运用到工程实践中。

由于钻孔灌注桩在成桩过程中存在着桩底留有浮土，桩周围土体出现裂纹，使桩基础不能与周围土体紧密相连，产生空隙，导致桩基础承载力的下降。通过后注浆处理，通过渗透与挤密作用，加强桩基础与周围土体的粘聚力，使原来的土层变成复合的土体，提高了承载强度，强化了变形模量，从而减轻了桩底沉渣或者桩侧存在空隙对承载力的不良影响。

4 结语

1)钻孔灌注桩后注浆载荷试验结果得出后注浆工艺能明显提高桩基承载力，是值得推广的一种方法，通过后注浆处理，能够显著提高桩基的承载力，降低地基的沉降量。

2)在钻孔灌注桩桩端注浆能明显提高桩的承载力。通过工程实例，桩基的承载力提高了52.7%。

3)在具体工程中，建议在进行钻孔灌注桩桩端后注浆承载力特征值确定上要结合工程地质条件合理选取各个土层的计算参数或做静载荷试验确定承载力特征值，而不是盲目套用规范。通过计算验证得出如果按照《规范》提供承载力计算公式且侧阻力增强系数和端阻力增强系数的调整，根据规范计算的结果与载荷试验的实测结果基本吻合，误差不超过12%。

4)后注浆技术作为一种新型的技术，理论还不完善以及承载的机理有待进一步研究。但是运用了后注浆技术，不仅提高了桩基的承载力，在工程实践应用中，加快了施工进度，也可以节省很多成本。