桥梁钻孔灌注桩桩端后压浆承载特性分析

冯 勇

（山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006）

引言

在工程地质较差、桥梁桩基荷载较高的情况下，应采取措施提高桩基承载力，以防止桩基产生沉降变形，进而造成桥梁结构变形破坏。桩端后压浆技术可以提高桩侧和桩端阻力，降低桩基沉降，提高桩基承载力。

1 桩端后压浆承载力提高机理

桩端后压浆技术是在钻孔灌注桩钢筋笼上部预置压浆管，在桩体混凝土浇筑7～10 d 后，达到设计强度后，采用高压注浆的方式将水泥浆或其他化学浆液注入桩端。桩端后压浆施工采用高压压浆泵压浆，通过注浆管和桩端压浆装置将浆液注入桩端。注入的浆液在克服桩身与周围土体摩擦阻力向桩底沉渣和土体扩散，排出土体内部多余的水和空气，填充孔隙，提高桩端土体的密实度，形成扩大头。水泥浆或化学浆液与桩侧周边的土体、泥皮等材料结合，起到固化效果，形成具有一定强度的“结石体”，提高了桩侧的摩擦阻力。注浆后可以对桩端和桩侧进行加固，提高了桩底持力层强度和桩端阻力，也提高了桩侧摩擦阻力，改善桩端和桩侧的荷载传递性能，有效限制了桩体的沉降变形，提升了桩端的承载力。

2 桩端后压浆施工方案

2.1 工程概况

韩尾沟大桥位于呼北国家高速公路山西离石至隰县段，桥梁上部结构采用10×40 m 装配式预应力混凝土连续T 梁桥，该桥梁墩身高度大，其中最大墩高为85 m。桥面设计宽度为42 m，分左右两幅，半幅桥面设计宽度为20.5 m。桥梁施工现场上部为黄土，厚度为3～8 m，下部依次为粉质黏土、亚黏土、中砂，土质不均匀，孔隙较发育，呈硬塑状，其中下部中砂层桩侧摩阻力标准值为49 kPa、地基承载力为223 kPa。桥梁下部结构采用钻孔灌注桩桩基础，桩径有1.5 m 和1.8 m 两种，桩基础下部可能会接触到地下含水层，由于墩身较高，拟采用桩端后压浆技术提高桩基础承载力。

2.2 试桩设计

结合施工现场工程地质调查情况，选择有代表性的路段钻孔灌注桩作为试桩，同时考虑对现场施工组织的影响。选取地层平坦，便于开展试验检测工作，工程地质情况也具有代表性区域。所选试桩桩径为150 cm，数量为6 根，分为2 组，每组3 根，其中第一组桩长为25 m，采用后压浆工艺，命名为SH01、SH02、SH03，第二组试桩桩长为25 m，为常规钻孔灌注桩，不采用后压浆工艺，命名为SC01、SC02、SC03。

2.3 试验加载方案

为检验桩端后压浆技术对提高桩基承载力的效果，完工后分别对各组试桩开展静载试验。在桩顶和桩周地表布置沉降观测点，试验过程中对桩顶和地表沉降观测点标高进行观测。施工中布设钢筋计、混凝土应变计和土压力盒，采用频率计读取数据，分析确定桩身应变和桩端应力。试桩静载试验分级加载，每级加载后待变形稳定后再进行下一级加载，达到最大加载量后再逐级卸载。第一组试桩分13 级加载，单级加载2 000 kN，最大加载量为26 000 kN；第二组分11 级加载，单级加载2 000 kN，最大加载量为22 000 kN；第三组分9 级加载，单级加载2 000 kN，最大加载量为18 000 kN。各试桩养护龄期达到15 d 后开展单桩竖向承载力试验，并提前安装试验设备，做好调试。

3 桩端后压浆承载特性试验分析

3.1 单桩承载力试验结果分析

分别对各组试桩开展静载试验，分级加载，并通过百分表读取每根试桩在各级加载后的沉降变化，选取部分试桩试验数据，绘制加载过程中桩顶沉降变化曲线见图1。

图1 各试桩试验加载过程中桩顶沉降变化曲线

分析图1 曲线变形情况，在加载初期各组试桩沉降相差较小，而后期采用桩顶后压浆技术的桩基沉降明显低于未采用后压浆的桩体，且采用后压浆技术的桩体卸载后回弹率明显高于未处理桩基。当加载荷载低于6 000 kN 时，各组试桩沉降量差异很小，曲线基本重合；在加载荷载高于6 000 kN 后，采用桩顶后压浆技术的试桩沉降明显低于其他两组试桩。当加载荷载达到最大值时，第一组试桩沉降为14.513 mm，第二组试桩沉降分别为40.346 mm，通过数据统计，卸载后第一组试桩最大回弹量为10.384 mm，回弹率为71.55 %；第二组试桩回弹量分别为6.834 mm，回弹率为16.93 %。采用桩端后压浆处理的第一组试桩沉降量明显低于其他两组，回弹量明显高于其他两组，说明采用后压浆技术可明显降低桩基沉降，提高桩基承载力。

3.2 桩侧阻力试验结果分析

在分级加载过程中，对各组试桩不同深度的桩侧摩阻力进行检测，绘制桩侧阻力变化曲线见图2、图3。

图2 SH02 桩不同深度桩侧摩阻力变化曲线

图3 SC02 桩不同深度桩侧摩阻力变化曲线

对比分析图2、图3 在不同加载荷载下桩侧阻力变化情况可以得出，加载前期随深度的增加桩侧阻力不断增加，在达到18 m 左右时出现转折，桩侧摩阻力有所下降，而采用桩端后压浆技术的试桩在各加载阶段桩侧摩阻力均高于未处理试桩。桩侧摩阻力在桩身18 m 的位置达到最大，这是由于桩端阻力的作用是桩侧阻力产生松弛造成的。在各加载阶段，第一组试桩（SH02）桩侧摩阻力均高于第二组试桩（SC02），说明采用桩端后压浆技术可明显提高桩侧摩阻力。

3.3 桩端阻力试验结果分析

在试验加载过程中，通过监测确定桩端阻力，并分析桩端阻力与桩顶沉降之间的规律，见图4、图5。

分析图4 桩顶荷载与桩端阻力变化曲线，当桩顶荷载达到最大值时，采用桩顶后压浆技术的桩端阻力为最大桩顶荷载的29.48%，而未处理的钻孔灌注桩桩端阻力为最大桩顶荷载的38.03%。在桩顶荷载加载过程中，桩端阻力变化速率越快，说明桩端阻力发挥作用越大。分析图5 曲线变化趋势，在加载初期两组桩体的桩端阻力和沉降量很接近，后期未采用桩端后压浆处理的桩顶沉降明显高于处理后的，说明桩端阻力相同的情况下，采用后压浆处理的桩端承载力更好。

图4 试验加载过程中桩端阻力变化曲线

图5 桩端阻力与桩基沉降变化关系曲线

4 结语

根据韩尾沟大桥工程地质情况采用桩端后压浆技术提高桩端承载力，并布置试桩，分别对采用桩端后压浆和未压浆处治的钻孔灌注桩开展静载试验，对比分析桩基承载力、桩侧阻力、桩端阻力在加载过程中的变化规律。（1）采用后压浆处理的桩基承载力较未处理的桩基提高明显，在试验加载过程中桩基沉降量明显下降，且卸载后桩基沉降回弹率超过70%，明显高于未处理桩基。（2）在桩顶荷载加载过程中，采用桩顶后压浆处理的桩基桩侧摩阻力明显高于未处理桩基，且总体变化趋势基本一致。（3）桩端阻力和桩端沉降在试验荷载相同的情况下，加载初期两组试桩基本一致，后期随桩端阻力的增加，未做后压浆处理的桩体沉降明显高于处理桩体，说明处治后桩基承载力得到了明显提升。