后壓漿技術(shù)的工程應(yīng)用及分析

蒲有林，霍少磊，胡洪軍

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074;2.蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，蘭州 730000;3.中國(guó)中鐵電氣化局集團(tuán)，北京 100036)

鄭州地區(qū)地層主要以土層、砂層分布為主，該地層經(jīng)常會(huì)作為建筑物基礎(chǔ)的持力層，該地層有空隙率高、含水量大、結(jié)構(gòu)疏松等缺點(diǎn)，該地層中使用鉆孔灌注樁容易產(chǎn)生灌注樁樁側(cè)阻力、樁端阻力下降，承載力或變形不能滿足設(shè)計(jì)要求，容易產(chǎn)生不均勻沉降等現(xiàn)象，影響建筑物的安全穩(wěn)定性。通過后壓漿技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)漿液對(duì)樁周、樁端土體的滲透、填充、壓密、劈裂加筋和固結(jié)作用。改善樁周土體特性，從而明顯提高樁基承載力，減小建筑物樁基沉降[1]。研究后壓漿技術(shù)施工工藝、影響因素、作用機(jī)理等問題，以便在工程施工中減小樁基的規(guī)格、數(shù)量，對(duì)縮減施工工期、降低施工難度、減少工程造價(jià)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 后壓漿對(duì)樁側(cè)土層的影響機(jī)理分析

1)滲透固結(jié)作用。在滲透性好、可灌性強(qiáng)的砂土碎石土中，漿液在較小的壓力下滲入到樁側(cè)土體中的一定距離，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)性強(qiáng)、強(qiáng)度高的結(jié)石體，增大樁側(cè)的摩阻力，從而提高樁的承載力。

2)充填擠密作用。因?yàn)闃锻林g存在一個(gè)軟弱層，其強(qiáng)度與樁周土相比要低，所以，漿液在壓力作用下對(duì)樁側(cè)土進(jìn)行擠壓，使樁徑擴(kuò)大的同時(shí)，總有沿著軟弱面向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。軟弱面有兩個(gè)，分別為樁—泥皮接觸面和泥皮—樁周土接觸面。漿液在壓力作用下首先克服任一軟弱面的阻力，像楔子一樣沿樁身向上運(yùn)動(dòng)，并對(duì)泥皮層和樁側(cè)土體進(jìn)行擠密，甚至破壞泥皮結(jié)構(gòu)。漿液充填在擠密后產(chǎn)生的空隙中，凝固后形成強(qiáng)度高的水泥結(jié)石，相當(dāng)于增大了樁的直徑。

3)劈裂加筋作用。當(dāng)注漿壓力較高時(shí)，漿液在對(duì)土體產(chǎn)生擠壓的同時(shí)，還會(huì)克服土體的阻力，產(chǎn)生劈裂效應(yīng)，漿液在土中形成網(wǎng)狀結(jié)石，對(duì)土體起到加筋作用。

2 后壓漿對(duì)樁端土層的影響機(jī)理分析

樁端壓漿的漿液一部分作用于樁端土體，其余部分作用于樁端以上一定范圍內(nèi)的樁側(cè)土體，根據(jù)樁端土體性質(zhì)、樁長(zhǎng)、注漿壓力、注漿時(shí)間以及注漿量的不同，導(dǎo)致漿液在樁端和樁側(cè)以不同的形式進(jìn)行分布。壓漿對(duì)樁端土體的作用機(jī)理可分為滲透固結(jié)作用、擠密充填作用和劈裂加筋作用[2]。其中滲透固結(jié)作用和劈裂加筋作用機(jī)理類似前面后壓漿對(duì)樁側(cè)土層的影響機(jī)理分析，這里主要介紹擠密充填作用。漿液通過壓漿管路強(qiáng)行擠入樁端土體，漿液在樁端形成一個(gè)近似球形的漿泡體，繼續(xù)不斷壓入漿液，漿泡體積隨之不斷增大，在樁端形成擴(kuò)大頭，對(duì)樁周土進(jìn)行擠密，使土體強(qiáng)度和剛度相應(yīng)提高，漿泡體積半徑隨壓漿壓力的增大而增大，擠密作用和樁端土體的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)樁長(zhǎng)分別是2.43、2.51 m，樁徑分別是128、134 mm兩根試樁樁端后壓漿進(jìn)行了介紹[3]，試樁樁端沉渣厚度分別是0.72、0.64 m，樁端持力層為黏質(zhì)粉土，樁周土層主要是回填土、粉質(zhì)黏土、粉土和黏質(zhì)粉土，樁端壓入水泥量分別為26、21.6 kg，壓漿壓力分別為1.00 MPa和0.65 MPa，壓漿過程中樁頂上抬量分別為0.020、0.075 mm，壓漿完畢靜載荷試驗(yàn)，樁端極限承載力分別為120、85 kN，比同條件的未壓漿樁的承載力(50 kN)提高了140%和70%。圖1是試樁A和B樁端壓漿后開挖出樁的形狀。從圖1可以看出:壓漿后樁的直徑比未壓漿樁分別增大了64%和49%，樁端面積分別增大了169%和123%;在樁端以上一定范圍內(nèi)，樁徑和樁側(cè)面積也不同程度地增大。

圖1 樁端壓漿后樁的形狀(單位:mm)

3 工程概況

某大廈主樓高28層，附樓16層，均為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑物采用樁筏基礎(chǔ)。場(chǎng)地地層為:①人工填土，均厚為3.1 m;②粉土，褐黃色，稍密，均厚為 4.9 m;③粉質(zhì)黏土，深灰色，較軟，均厚為10.3 m;④中砂，灰色，飽和密實(shí)，均厚為11.6 m;⑤粉土，灰黃色，含水密實(shí)，均厚為12.4 m;⑥粉質(zhì)黏土，褐黃色，較硬，均厚為19.8 m。樁端持力層為第⑥層粉質(zhì)黏土。

根據(jù)場(chǎng)地土層的特點(diǎn)和樁基設(shè)計(jì)要求，為使單樁承載力滿足技術(shù)可靠和經(jīng)濟(jì)合理的要求，選擇不同的壓漿工藝。當(dāng)樁的有效樁長(zhǎng)較長(zhǎng)，一般>20 m時(shí)，選擇樁端、樁側(cè)雙壓漿工藝;當(dāng)樁的有效樁長(zhǎng)較短，一般情況<15 m時(shí)，只進(jìn)行樁端壓漿。本工程選取4根試驗(yàn)樁進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)，其中3根樁樁端、樁側(cè)雙壓漿，另一根樁為傳統(tǒng)鉆孔灌注樁。試驗(yàn)樁樁徑為800 mm，樁長(zhǎng)為45 m。樁端灌漿選在試驗(yàn)樁的第⑥層粉質(zhì)黏土持力層上，樁側(cè)注漿部位選在中砂層。

4 試驗(yàn)結(jié)果

通過靜載荷試驗(yàn)對(duì)壓漿效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)采用錨樁橫梁反力裝置，加載方式為慢速維持荷載法。試驗(yàn)得到的荷載—沉降關(guān)系曲線見圖2，試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總見表1。

圖2 荷載—沉降關(guān)系曲線

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總

5 結(jié)論

由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，壓漿后樁的荷載—沉降關(guān)系曲線為緩變型，當(dāng)加載未達(dá)到極限值時(shí)，樁頂變形以彈性變形為主，直到外荷載足夠大時(shí)，才開始進(jìn)入塑性變形;而未壓漿灌注樁的荷載—沉降關(guān)系曲線為陡變型，在外荷載較小時(shí)就已經(jīng)進(jìn)入了塑性變形。

由此可見，后壓漿技術(shù)極大地提高了單樁承載力極限，提高效果非常顯著。在相同承載力的情況下，可以在設(shè)計(jì)上縮短樁長(zhǎng)，減少工作量，降低工程造價(jià)。

[1] 黃生根，曹輝.軟土地基中應(yīng)用后壓漿技術(shù)的機(jī)理研究［J］.巖土工程技術(shù)，2002(1):36-39.

[2] 張曉煒，黃生根.鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)理論與應(yīng)用［M］.武漢:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2007.

[3] 沈保漢.樁端壓力注漿效果分析［J］.巖土工程界，2001，4(8):61-64.