太原地區后注漿灌注樁承載力估算分析

王敏澤

(山西省建筑科學研究院，山西太原 030001)

灌注樁后注漿是一項保證灌注樁成樁質量的輔助技術。注漿技術始于19世紀初，有文獻記載1961年在委內瑞拉修建大橋時首次運用了鉆孔灌注樁的底部灌漿技術。國內1974年在天津塘沽新港進行了氰凝固結樁間土的灌漿試驗，灌漿后樁的載荷試驗表明，單樁豎向極限承載力提高了50%。此后經過多年的潛心研究和推廣，灌注樁后注漿技術于20世紀90年代后期得到蓬勃發展，目前此項技術已應用于全國20多個省市的數以千計的樁基工程中。相關行業標準和技術文件:JGJ 94-2008建筑樁基技術規范［1］、JTG D63-2007 公路橋涵地基與基礎設計規范［2］、《全國民用建筑工程設計技術措施》［3］等均將后注漿技術列入其中。眾多工程技術人員對不同地區灌注樁后注漿應用效果進行了總結:胡春林、李向東、吳朝暉［4］分析了漢口地區72個工程項目的186根靜載荷試驗試樁數據，根據試樁結果統計出漢口地區后注漿灌注樁極限承載力的增幅值及承載力提高系數分布規律，并提出相應計算公式。溫濟明［5］通過總結惠州市135根后注漿灌注樁靜載荷試驗結果，提出了后注漿灌注樁的樁側及樁端承載力提高系數，并提出相應計算公式。王衛東、吳江斌、李進軍等［6］通過對上海地區樁端后注漿灌注樁的樁端承載特性進行研究，得出樁端后注漿技術改善了灌注樁的樁端承載特性，大幅度提高了樁端土體的承載能力和變形特性的結論。費鴻慶［7］根據大量后注漿鉆孔灌注樁設計與施工實踐經驗，提出了西安地區后注漿鉆孔灌注樁施工質量影響因素及對策。這些標準文件和地區研究成果為灌注樁后注漿技術的廣泛適用提供了可參考依據。但由于巖土體本身所特有的多相性，變異性和不連續性，在不同地區應用效果亦具有明顯差異，故此項技術的應用效果尚應結合當地巖土工程條件和施工工藝加以研究總結。本文結合太原地區數十項后注漿灌注樁工程的基樁測試資料，研究總結了后注漿技術在本地區的應用效果。

1 太原地區后注漿應用簡介

太原地區地處晉中平原汾河流域，受其影響，大多為沖積和洪積地層，地貌單元為從汾河Ⅰ級階地、Ⅱ級階地到階地與洪積扇的過渡區。汾河東岸Ⅰ級階地靠近河床一帶，地層以砂層為主，夾黏土、粉質黏土，砂土厚度大。Ⅰ級階地的外側到Ⅱ級階地，地層多為粉質黏土、粉土與細中砂互層。Ⅱ級階地外緣，地層上部多為黃土，下部多為粉土和粗礫砂等。汾河西岸Ⅰ級階地，上部一般為粉土和粉質黏土夾砂土層，下部為中粗砂層。已有勘察資料顯示，太原地區在地表下30 m，45 m，60 m左右普遍存在一層厚3 m～10 m的砂層，為后注漿技術的應用提供了良好的地層條件。太原地區自1999年年底和2000年年初分別引進了中國建科院地基所樁側、樁端后注漿技術和西南交通大學巖土所樁端后注漿技術，十多年來已在上百項工程中得到推廣應用，取得了顯著的技術經濟效益，目前已成為本地區高層、超高層建筑的主要基礎形式。

2 加固機理簡述

后注漿的直接效果體現在單樁承載力的提高和沉降的減小上。其加固機理是成樁時在樁底或樁側預制注漿管路和注漿裝置，待樁身達到一定強度后，通過注漿管路，利用高壓壓漿泵注以水泥為主劑的漿液，根據漿液性狀、土層特性和注漿參數的不同，壓力漿液對樁端沉渣、樁側泥皮及樁周土體分別起到滲透、充填、劈裂、壓密擴容及固結等不同作用，對孔底沉渣和樁側泥皮進行固化，從而消除傳統灌注樁施工工藝固有缺陷，通過改善樁側、樁端土體的物理力學性質及樁土間界面的幾何和力學條件，達到提高樁的承載力，減少沉降的目的。

3 后注漿灌注樁側阻、端阻及承載力提高分析

3.1 樁側阻力、端阻力提高系數分析

本文統計了13根能獲得較準確的極限側阻力和極限端阻力的試樁資料，結合勘察報告對樁側阻力、端阻力進行計算，結果見表1。

3.1.1 樁側阻提高分析

從表1可看出，13根樁側阻提高系數范圍為1.44～2.81，將其分成15個區間，每個區間長度為0.1，畫出13根樁側阻力提高系數的頻數分布圖，如圖1所示。

圖1 側阻力提高系數

從圖1可看出，13根樁的側阻提高系數分布較分散，這是由于所測試灌注樁地下水位差異較大，樁穿越土層不盡相同，樁側注漿施工有所差別所致;13根樁的側阻提高系數分布范圍為1.44～2.81;太原地區樁身主要穿越粉土、粉質黏土、粉細砂、中砂、粗礫砂、卵礫石等其中的一種或幾種，其中卵礫石較少，本次統計未涉及。

根據本次統計結果，參考本地區工程經驗，建議在估算后注漿樁側阻力時，根據樁身穿越的土層特性，側阻力提高系數可按 表2取值。

表1 13根試樁側阻、端阻提高系數計算結果

表2 側阻力提高系數建議值

3.1.2 樁端阻力提高分析

從表1可看出，端阻力提高系數范圍為1.70～6.67，將其分成7個區間，每個區間長度為1.00，畫出13根樁承載力提高系數的頻數分布圖，如圖2所示。

圖2 樁端阻力提高系數直方圖

由圖2可看出，13根樁端阻力提高系數變化范圍較大，其最小值為1.70，最大值為 6.67，主要集中在 1.70 ～5.00 范圍內;由于工程實例中破壞性試驗較少，在樁基承載力未達極限時，樁端阻力達不到很好發揮，不同的土層發揮程度有差異;根據本次統計結果，端阻力提高系數大致范圍為1.70～5.00;一般粗粒土顯著大于細粒土。建議進行后注漿承載力估算時，樁端阻力提高系數可參考表3取值。

表3 端阻力提高系數建議值

3.2 承載力提高分析

單樁極限承載力提高系數共統計了154根樁，提高系數范圍為1.00 ～3.20，將其分成32 個小區間，每個區間長度為 0.1，畫出154根樁承載力提高系數的頻數分布圖，如圖3所示。

圖3 承載力提高系數直方圖

從圖3中可以看出承載力提高系數最大值為3.20，最小值為1.00，數值離散性較大。但大部分數據在1.70～2.80范圍內，共有113根，占到統計總數的73.38%;小于1.70的共22根，占總數的14.29%;大于2.80的共19根，占總數的12.33%。

考慮本地區普遍施工水平及地層情況，建議后注漿承載力提高系數可取1.50 ～2.50。

4 太原地區后注漿灌注樁承載力估算公式

4.1 估算公式

1)Quk'= βQuk。

其中，Quk'為后注漿灌注樁極限承載力值，kN;Quk為普通灌注樁的極限承載力，kN;β為注漿后極限承載力提高系數，建議取1.5～2.5，根據成孔工藝、注漿方式、樁長、地層等因素選用。

其中，u為樁身周長，m;qi為第i層土的極限側阻力標準值，kPa;li為樁穿越第i層土的厚度，m;qp為極限端阻力標準值，kPa;Ap為樁端面積，m2;βsi為后注漿樁側阻力提高系數，與注漿方式、土層結構、樁長、樁徑、注漿質量等因素有關，根據樁身穿越土層地質情況，按表2選用;βp為后注漿樁端阻力提高系數，與注漿方式、土層結構、樁長、樁徑、注漿質量等因素有關，根據樁端持力層土性的不同，按表3選用。

4.2 實例驗證

為驗證本研究所提參數及計算公式的合理性，選取太原地區3個不同工程進行分析、計算，結果見表4。

表4 實例驗證表

從表4可看出:

1)工程實例所提供灌注樁側阻、端阻增強系數均在研究成果范圍內;2)后注漿灌注樁極限承載力提高系數介于1.59～2.01之間，在本文研究成果范圍之內;3)當采用勘察報告所提后注漿樁側阻及端阻提高系數，按照本文所提公式進行計算時，所得計算結果均小于實際靜載荷試驗結果，誤差為0.80%～15.2%之間，這既體現了本文所提計算公式的安全合理，又滿足工程要求。

5 結語

1)本文根據太原地區數十項工程試樁數據，提出了后注漿灌注樁樁側、樁端阻力提高系數和承載力提高系數。2)根據試驗研究，結合工程經驗，提出了合理、實用的后注漿灌注樁承載力估算公式，并進行了實例驗證。

［1］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路橋涵地基與基礎設計規范［S］.

［3］中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施(地基與基礎)［M］.北京:中國計劃出版社，2009.

［4］胡春林，李向東，吳朝暉.后壓漿鉆孔灌注樁單樁豎向承載力特性研究［J］.巖石力學與工程學報，2001，20(4):546-550.

［5］溫濟明.后壓漿鉆孔灌注樁單樁極限承載力研究［J］.湖南城市學院學報，2004，13(4):5-7.

［6］王衛東，吳江斌，李進軍，等.樁端后注漿灌注樁的樁端承載特性研究［J］.土木工程學報，2007(40):75-80.

［7］費鴻慶.西安地區后注漿鉆孔灌注樁施工質量影響因素及對策［J］.樁基工程技術進展，2005(15):264-267.