大型医院工程旋挖钻孔灌注桩基施工承载力与位移关系研究

摘要：探究大型医院工程旋挖钻孔灌注桩施工及承载力，对提高医院基础设施的安全性和稳定性至关重要。依托官渡区人民医院迁建项目，采用数值模拟方法建立后注浆旋挖钻孔灌注桩三维数值分析模型，探究不同注浆工艺及桩侧注浆位置、注浆半径、注浆间距对试桩极限承载力的影响。研究结果表明：对旋挖钻孔灌注桩进行后注浆后，试桩极限承载力显著提升，桩顶沉降显著下降；桩侧注浆位置深度及注浆半径对桩体极限承载力具有显著影响，桩侧注浆间距的影响不明显；采用桩侧桩端联合注浆工艺试桩的极限承载力提升幅度和桩顶沉降的降低幅度均最大。

关键词：大型医院；旋挖钻孔灌注桩；承载力；数值模拟

0 " 引言

随着城市化进程的加速和医疗需求的增长，大型医院的建设成为城市建设中的重要组成部分[1]。在大型医院建设中，地基基础工程是确保医院安全运行的关键环节之一，桩基作为地基基础工程中常用的一种形式，因其承载能力高、施工周期短、适用范围广等优势，被广泛应用[2-3]。其中，旋挖钻孔灌注桩作为一种常见的桩基形式，在地基处理中发挥着重要作用。因此对于大型医院旋挖钻孔灌注桩基的施工及承载力研究具有重要意义。

目前，已经有多位学者针对旋挖钻孔灌注桩承载能力开展了相关研究。杜甫志等[4]结合实例，研究了以强风化为桩端持力层的端承-摩擦型桩的单桩竖向承载力特性，为该区其他工程基础桩设计和施工提供了参考。邱英玉[5]通过对兰州某交通枢纽项目旋挖钻孔灌注桩进行静载荷试验与内力测试，揭示了该桩的荷载传递机理和承载特性，结果显示桩顶荷载主要由桩侧阻力承担，且该桩的竖向承载力明显高于一般钻孔灌注桩。宇云飞等[6]通过南京三江口旋挖钻孔灌注桩的静载荷试验与轴力测试，分析了其荷载传递机理和承载特性，结果表明该桩为摩擦型桩，竖向承载力主要由桩侧摩阻力提供，且侧摩阻力明显大于规范数值。

在现有研究中，针对后注浆技术旋挖钻孔灌注桩施工及承载力的研究相对缺乏，鉴于此，本文依托官渡区人民医院迁建项目，采用数值模拟方法，对不同因素对桩体极限承载力的影响开展研究。研究成果可为医院建筑结构的安全稳定和类似工程提供科学指导。

1 " 工程概况

本研究依托官渡区人民医院迁建项目。该项目总用地面积61680m2，总建筑面积198322m2，其中地上面积122252m2，地下面积76070m2。地上建筑主要包括门诊医技综合楼、住院综合楼、康复楼、妇幼中心、急救体检中心、传染病科、后勤楼、高压氧仓及连廊。本工程试桩共有26根，均为端承摩擦桩，旋挖成孔试桩桩径为800mm，混凝土强度等级为C30。

2 " 确定模型与材料参数

后注浆旋挖钻孔灌注桩是指提前在桩身布设导管，待灌注桩成桩后，通过导管采用高压注浆技术将浆液注入桩端，从而对桩端位置软弱土体、风化岩体裂隙等进行填补、渗透、置换等作用，提高桩体承载能力。

基于官渡区人民医院迁建项目工程，建立后注浆旋挖钻孔灌注桩三维数值分析模型。模型计算范围长度和宽度均为4m，深度为26m，桩体长度为13m，直径为0.8m。旋挖钻孔灌注桩三维数值模型如图1所示。

在模拟过程中假设土体和混凝土材料是各向同性的线弹性材料，假设土体中的孔隙水压力可以忽略，不考虑施工引起的土体位移。采用四边形单元对模型进行网格划分，网格尺寸设置为0.5m，网格划分完毕后共有节点数7260个，单元数10326个。将模型底部设置为固定边界，模型上表面设置为自由边界。数值模型各土层及桩体材料参数如表1所示。

3 " 模拟结果分析

3.1 " 荷载与位移模拟值与实测对比

试桩荷载位移曲线实测值与模拟值对比如图2所示。从图2可以看出，试桩的荷载位移曲线呈缓变型，在试验荷载未达到6200kN，荷载位移曲线无明显陡降趋势。试验荷载达到最大加载值后，试桩沉降量为9.42mm。根据相关规范，试桩极限承载力为6200kN，设计要求的单桩承载力为3100kN，由此表明试桩承载力满足设计要求。

通过数值模拟获取的试桩荷载位移曲线与实测数据有一定差异，在达到最大加载值后，模拟结果试桩沉降值为8.04mm，与实测数据相比存在14.65%的误差。分析认为，由于数值模拟中使用的材料参数和实际场地中的情况存在差异，如土壤参数、桩身摩擦系数等，导致计算结果与实测数据具有一定误差，总体上误差较小，说明数值模拟结果较为合理。

3.2 " 桩侧注浆对试桩极限承载力的影响

3.2.1 " 注浆位置对荷载位移曲线的影响

图3显示了注浆位置距离桩顶2m、6m、10m工况下试桩的荷载位移曲线。由图3可知，在未注浆工况下，加载值达到3500kN后，试桩荷载位移曲线出现明显拐点，说明此时加载值已达到试桩的极限承载值，桩端出现破坏。

在不同桩侧位置注浆工况下，试桩的极限承载力随着桩侧注浆位置深度的增大呈现出增大趋势。这主要是由于深部注浆会改变桩体周围土体的应力状态。当后注浆桩侧注浆位置深度增大时，注浆材料在较深位置固化形成的注浆体，会增加桩侧土体的支撑作用，提高桩侧土体的侧向支撑能力，从而增加了试桩的极限承载力。

在与桩顶距离为2m、6m、10m位置注浆，试桩的极限承载力依次为5534kN、6014kN和6550kN，与未注浆工况下相比，试桩极限承载力的增大幅度依次为58.11%、71.83%和87.14%。此外，达到最大加载值后，随着桩侧注浆位置深度的增大，桩顶位移呈现出降低趋势。

3.2.2 " 桩侧注浆半径对荷载位移曲线的影响

不同桩侧注浆半径试桩荷载位移曲线如图4所示。从图4中可以看出，试桩的极限承载力，随着旋挖钻孔灌注桩桩侧后注浆半径的增大逐渐增大。随着注浆半径的增大，后注浆浆液填充的土体体积增加，从而增大了摩阻力，增强了桩体的抗侧能力。

同时，注浆半径增大提高了土体的密实度，使土体的承载能力提高，从而增大了桩体的承载力。此外，注浆半径增大还有利于改善桩侧土体的应力分布，减小桩侧土体的应力集中现象，从而提高了桩的整体承载能力。

在0.8m、1.2m和1.6m注浆半径下，试桩的极限承载力分别为5535kN、6017kN和6377kN，与未注浆工况相比，不同注浆半径下，试桩极限承载力增大幅度依次为58.14%、71.91%、82.2%。在相同荷载作用下，随着桩侧注浆半径的增大，桩顶位移逐渐减小。

3.2.3 " 桩侧注浆间距对荷载位移曲线的影响

在与桩端距离为1.5m位置设置第一个注浆点，在第一注浆点上方不同距离位置设置第二注浆点。不同桩侧注浆间距试桩荷载位移曲线如图5所示。由图5可知，与未注浆试桩相比，进行后注浆后的试桩极限承载力得到显著提升。在不同桩侧注浆间距下，试桩的荷载位移曲线基本重合，不同桩侧注浆间距对试桩极限承载力和桩顶位移的影响不显著。

第一注浆点注浆后，周围土体会发生固结，形成一个相对较硬的注浆体，注浆体会限制后续注浆点的注浆效果以及对试桩荷载-位移响应的影响。因此，即使桩侧注浆间距不同，由于第一注浆点形成的注浆体限制，导致不同注浆间距，对试桩极限承载力和桩顶位移的影响并不显著。

3.3 " 不同注浆工艺对荷载位移曲线的影响

图6显示了不同注浆工艺试桩的荷载位移曲线。从图6中可以看出，未进行后注浆的试桩荷载位移曲线呈陡降型，采用不同注浆工艺后注浆试桩荷载位移曲线呈缓变型。与未注浆试桩极限承载力相比，采用不同注浆工艺试桩极限承载力显著提升。其中，采用桩侧注浆的试桩极限承载力为6140kN，采用桩端注浆试桩极限承载力为6650kN，采用桩侧桩端联合注浆试桩极限承载力为7218kN。与未注浆试桩相比，采用不同注浆工艺试桩极限承载力依次提升了75.43%、90%和106.23%。

不同注浆工艺试桩的桩顶沉降存在差异，采用桩侧、桩端及联合注浆工艺，试桩桩顶沉降值分别为52.09mm、46.51mm和41.71mm，与未注浆试桩相比桩顶位移依次降低了12.73%、22.08%和30.12%。

4 " 结束语

探究大型医院工程旋挖钻孔灌注桩施工及承载力，对提高医院基础设施的安全性和稳定性至关重要。本文依托官渡区人民医院迁建项目，采用数值模拟方法建立后注浆旋挖钻孔灌注桩三维数值分析模型，探究不同注浆工艺及桩侧注浆位置、注浆半径、注浆间距对试桩极限承载力的影响。得出以下主要结论：

试桩的荷载位移曲线呈缓变型，试验荷载达到最大加载值后，试桩沉降量为9.42mm，试桩极限承载力为6200kN，满足设计要求。模拟结果与实测结果存在一定误差，总体上误差不大试验数据与模拟数据基本吻合。

进行后注浆后，试桩的极限承载力显著提升。随着桩侧注浆位置深度和注浆半径的增大，试桩极限承载力逐渐增大，桩顶位移逐渐减小。在不同桩侧注浆间距下，试桩极限承载力与桩顶位移差异不明显。

采用不同注浆工艺，试桩极限承载力的提升幅度及桩顶位移的降低幅度存在差异。其中，采用桩侧桩端联合注浆试桩极限承载力增幅与桩顶位移降幅均最大，分别达到106.23%和30.12%。

参考文献

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稳定性研究现状与展望[J].冰川冻土，2020，42（4）：1202-1212.

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静载试验研究[J].人民长江，2018，49（S2）：259-262.

[4] 杜甫志，吴旭君，王召磊，等.深圳地区旋挖灌注桩竖向抗

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[5] 邱英玉.兰州地区旋挖钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研

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[6] 宇云飞，梁金国，李宏斌，等.南京三江口旋挖钻孔灌注桩

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