后注漿提高鉆孔灌注樁單樁承載力分析

原建博,鹿 群,李慧霞

(1.天津城市建設學院,天津300384;2.天津市軟土特性與工程環境重點實驗室,天津300384)

鉆孔灌注樁的承載力來自于樁側摩阻力和樁端阻力,樁側泥皮和樁端沉渣,使其承載力不能得到充分發揮。國內外許多相關學者對這個問題進行了深入研究,常采取對鉆孔灌注樁樁端和樁側進行壓力注漿,即后注漿技術,達到了提高樁的承載力并減少樁基沉降的目的。在參考相關文獻的基礎上,結合北京、上海、天津、武漢地區大量已有的后注漿工程實例,分析這四個地區及兩類土質的持力層后注漿提高單樁承載力的幅度后,得出了后注漿提高承載力的大致范圍,并分析了兩類土質的持力層后注漿承載力提高幅度不同的原因。

1 后注漿的機理

在鉆孔灌注樁的樁身混凝土達到一定強度后,通過預埋的注漿管,高壓作用下將以水泥為主劑的漿液注入到樁端、樁側一定范圍的土層中去。注入漿液通過滲透、填充、置換、劈裂、壓密及固結,或多種形式的綜合作用,固化了樁端沉渣和樁側泥皮,改善了樁端、樁側一定范圍土體的物理力學性質,使樁端阻力和樁側阻力都有不同程度的提高,并且可以起到減少樁基沉降的作用。

2 工程實例分析

2.1 工程實例

以北京、天津、上海和武漢地區工程為例進行分析。

從表1可以看出北京地區地質條件比較好,地下20m以下主要是卵石和圓礫層為主,適宜采用后注漿提到承載力,采用樁端注漿單樁可以提高44%以上,有的還可達到100%以上,若采用樁端和樁側注漿可以提高單樁承載力77%以上。

表1 北京地區工程實例Tab.1 The construction projects in Beijing

表2 天津地區工程實例Tab.2 The construction projects in Tianjin

表3 上海地區工程實例Tab.3 The construction projects in Shanghai

表4 武漢地區工程實例Tab.4 The construction projects in Wuhan

表5 四個地區后注漿單樁承載力提高范圍Tab.5 The increasing range of the bearing capability of singe pile after grouting

從表2可以看出天津地區40m以下,以粉砂、粉質粘土為主,采用樁端后注漿可以提高單樁承載力20%以上,若樁端、樁側聯合注漿可以提高單樁承載力60%以上。

從表3可以看出上海地區40m以下也是以粉砂、粉細砂為主,樁端后注漿可以提高單樁承載力18%以上,情況好的話達到70%左右也是可能的,若采用樁端、樁側聯合注漿可以提高單樁承載力40%以上,提高150%左右也是可能的。

從表4可以看出武漢地區10～30m以粉細砂層為主,情況類似于天津和上海的土質,樁端注漿可以提高單樁承載力20%～50%,若樁端、樁側聯合注漿可以提高到40%以上。30m以下為卵石、礫石為主,為最適宜的樁端持力層,并有很好的可注性,僅樁端注漿可以提高單樁承載力30%～80%,若樁端、樁側聯合注漿可以提高單樁承載力70%以上,提高幅度高于30m以上的土質。

分析已有數據,并考慮安全儲備,提出了4個地區僅樁端注漿和樁端、樁側聯合注漿單樁承載力提高范圍。

2.2 對比分析

兩類樁端持力層的對比:北京和武漢這類一般以卵礫石層為樁端持力層的地區,僅樁端后注漿能提高單樁承載力30%～70%,樁端、樁側聯合注漿提高單樁承載力60%～100%。

天津和上海這種一般以粉砂、粉細砂為樁端持力層的地區,僅樁端注漿提高單樁承載力15%～40%,若聯合注漿提高約為60%或更高。

承載力提高幅度不同的原因:卵礫石層和粉土、粉細砂層相比,后注漿單樁承載力提高幅度較大的原因有:⑴從巖土介質可注性角度講,在粉細砂為代表的細粒土中進行后注漿時,壓入漿液主要是對樁端沉渣進行填充加固,漿液滲入率低,主要是劈裂注漿作用。而以卵礫石層為代表的粗粒土進行后注漿時,注入漿液除了對樁端沉渣進行填充加固外,其漿液滲入率高,漿液通過滲透、擠密、填充及固結作用,將樁端土和樁端一起形成帶擴大頭的整體,相當于增加了樁端進入持力層的深度和樁端受力面積,從而大幅度提高樁端阻力。從兩者樁側的滲入率角度考慮也是一樣的,粗粒土與細粒土相比,粗粒土滲入率高,側摩阻力提高幅度大,從而單樁提高幅度大于細粒土。⑵從注漿后兩者形成的結石體角度考慮,粗粒土形成的結石體強度高于細粒土形成的結石體,結石體強度越高越有利于樁基承受荷載,粗粒土提高幅度大于細粒土。

3 結論

1)樁端、樁側后注漿技術可以消除樁側泥皮和樁端沉渣,改善樁基質量并減少沉降。

2)不同地區、不同土層后注漿提高單樁承載力的幅度是不同的。卵礫石層與粉砂層相比,后注漿后單樁承載力提高幅度大。

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