樁端后注漿的群樁效應(yīng)研究

葉建梁 陳士才 吳小虎 汪 潛 陳蓉蓉 包柳青

(1. 杭州居住區(qū)發(fā)展中心有限公司，杭州 310000； 2. 杭州市城建開發(fā)集團有限公司，杭州 310000； 3. 中國建筑技術(shù)集團有限公司浙江建筑設(shè)計分院，杭州 310000)

1 引 言

樁端后注漿技術(shù)已經(jīng)成為提高樁基承載力、降低樁基沉降的重要措施[1]。在鉆孔灌注樁成樁以后，由預(yù)埋的注漿通道用高壓注漿泵將一定壓力的水泥漿壓入樁端土層和樁側(cè)土層，通過漿液對樁端沉渣和樁端持力層及樁周泥皮起到滲透、填充、壓密和劈裂等作用來增強樁端土和樁側(cè)土的強度。可見樁端后注漿技術(shù)在樁基工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。

注漿壓力是影響樁端注漿的重要參數(shù)，其不僅能反映樁端注入的難易程度，同時也能很好地反映樁端漿液的擴散情況。注漿壓力小，注漿壓力平穩(wěn)說明漿液可注入性好，漿液在樁端能較好地擴散；注漿壓力大，注漿壓力波動較劇烈說明漿液可注入性差，漿液在樁端的擴散受阻。注漿壓力能很好地反映注漿的群樁效應(yīng)，通過注漿壓力對群樁效應(yīng)的研究能合理地指導(dǎo)注漿施工和后注漿的設(shè)計工作。

目前對樁端后注漿的研究主要分為兩部分，一部分是對樁整體承載力性狀的研究[2-4]；另一部分是對漿液注入特性的研究，其中包括三種不同注漿方式的研究[5-7]。對注漿壓力的研究是漿液注入過程研究的重要部分，鄒金鋒[5]和張忠苗等[8]分別研究了劈裂注漿過程中注漿壓力及其分布規(guī)律；孫斌堂等[6]研究了滲透注漿漿液擴散過程中漿液壓力的分布情況；張在明[9]和張忠苗等[10]分別在球孔擴張理論的基礎(chǔ)上給出了樁端注漿壓力的計算。在多孔注漿方面，鄒金鋒[5]和郝哲[11]分別研究了劈裂注漿和滲透注漿時多孔同時注漿的相互影響問題。而目前對群樁注漿相互影響方面的研究較少，特別是關(guān)于現(xiàn)場實測資料方面。

本文在研究群樁注漿相互影響的基礎(chǔ)上，對群樁注漿過程中注漿壓力的實測值進(jìn)行了分析，研究了群樁注漿過程中的注漿群樁效應(yīng)，為指導(dǎo)后注漿的施工和設(shè)計工作提供了依據(jù)。

2 注漿的群樁效應(yīng)

群樁注漿存在一定的群樁效應(yīng)，當(dāng)某一樁基進(jìn)行后注漿時會對臨近樁基的注漿產(chǎn)生影響，先注入的漿液會對周圍土體進(jìn)行封堵或加固，造成后注入漿液的擴散受阻，注入難度增加，如圖1所示。

圖1 兩樁注漿相互影響示意圖Fig.1 Grouting interaction between two piles

根據(jù)滲透注漿的Maag公式，漿液的注漿量與擴散半徑之間的關(guān)系為

(1)

式中，H為地下水水頭和注漿壓力水頭之和(cm)；h0為地下水壓力水頭(cm)；Q為漿液注入量(cm3)；β為漿液黏度與水的黏度比；K為土體的滲透系數(shù)(cm/s)；t為注漿時間；r0為注漿管半徑(cm)；R為漿液擴散半徑(cm)。

當(dāng)漿液擴散半徑大于兩注漿管距離的一半時，兩樁的注漿將產(chǎn)生相互影響，此時：

(2)

式中，d為兩注漿管之間的距離。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 試驗場地簡介

為了了解群樁注漿時的群樁效應(yīng)，分析注漿時各樁之間的相互影響，進(jìn)行了群樁注漿的現(xiàn)場試驗，測得了各樁的注漿壓力的變化情況，并通過注漿壓力的變化進(jìn)一步研究了漿液的整體注入情況。

本工程試驗場位于杭州，緊鄰錢塘江，屬于錢塘江沖海積平原區(qū)。場地地層以粉土和粉砂土為主，各個地層的參數(shù)如表1所示。

注漿在樁基施工完成后7 d進(jìn)行，水泥漿采用的水灰比為0.5～0.8，注漿量為500～2 500 kg。

3.2 注漿順序的影響

為了研究注漿順序?qū){液注入的影響，分別沿不同注漿順序?qū)ξ鍢冻信_進(jìn)行注漿(漿液水灰比0.7)，測得各樁穩(wěn)定的最大注漿壓力的等值線圖，如圖2所示。土中黑色圓點表示注漿樁的位置，注漿順序同樣在圖2中給出。

從圖2中可以看出，當(dāng)注漿順序由外向內(nèi)注時，中心樁的注漿壓力大，漿液不易擴散，邊樁的注漿壓力小，說明漿液能較順利地注入。當(dāng)注漿順序由內(nèi)向外注時，各樁的注漿壓力較為接近，中心樁的注漿壓力稍小，此時各樁漿液均能較為順利的注入，因此由內(nèi)向外注漿更有利于漿液的擴散。

3.3 水灰比的影響

為了研究水灰比對漿液注入的影響，同樣采用由外向內(nèi)的注漿方式，研究了低水灰比(0.5)時各樁的注漿壓力情況，實測結(jié)果如圖3所示。

從圖3中可以看出，水灰比降低時，注漿壓力明顯增加，說明漿液的注入難度增加；同時可以看出注漿順序?qū)ψ{壓力的影響減弱，此時各樁注漿時的相互影響降低。可能的原因是低水灰比時漿液的擴散范圍減小， 降低了各樁間的相互影響。

表1地基土的物理力學(xué)參數(shù)

Table1Parametersofthesoil

圖2 不同注漿順序注漿壓力等值線圖Fig.2 Contour plot of grouting pressure for different injection order

圖3 低水灰比漿液注入時注漿壓力等值線Fig.3 Contour plot of grouting pressure for low water to cement ratio

4 樁端注漿影響距離系數(shù)

通過式(2)和前面的試驗結(jié)果可以看出，注漿時兩樁之間的相互影響與兩樁間的距離成反比，為了進(jìn)一步研究注漿時各樁之間的相互影響，本文提出一個樁端注漿影響系數(shù)α，其定義為兩樁之間注漿壓力(后注入樁的注漿壓力與先注入樁的注漿壓力)的比值，即：

(3)

式中，Pa為先注入樁的注漿壓力；Pb為后注入樁的注漿壓力。

另外可以將α寫成如下表達(dá)式：

(4)

式中，λ為樁端注漿影響距離系數(shù)。

為了研究不同的水灰比(w)漿液注入時，樁端注漿影響系數(shù)的變化，通過兩樁承臺的實測值得到了λ的變化情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同水灰比時注漿影響距離系數(shù)Fig.4 Impact factor for different water to cement ratio

從圖4中可以看出，隨著水灰比的增加，注漿影響距離系數(shù)有增大的趨勢，說明在一定的范圍內(nèi)，水灰比越大，注入時兩樁的相互影響也越大。主要原因是高水灰比漿液有更大的漿液擴散范圍。為了對類似工程的后注漿施工和設(shè)計提供參考，本文通過擬合確定了一個λ的范圍，如圖4所示。該范圍的上下界分別通過一個擬合的直線表示：

λ=2.344+0.684w

(5)

λ=1.903+0.912w

(6)

5 結(jié) 論

本文在研究群樁注漿相互影響的基礎(chǔ)上，對群樁注漿過程中注漿壓力進(jìn)行了分析，研究了群樁注漿過程中的群樁效應(yīng)，得到了以下主要結(jié)論：

(1) 注漿順序由外向內(nèi)注時，中心樁的注漿壓力大，漿液不易擴散；注漿順序由內(nèi)向外注時，各樁的注漿壓力較為接近，各樁漿液均能較為順利地注入。由內(nèi)向外注漿更有利于漿液的擴散。

(2) 水灰比越小，注漿壓力越大，各樁注漿時的相互影響降低。

(3) 本文定義了注漿影響距離系數(shù)，并通過現(xiàn)場實測值給出了不同水灰比時該系數(shù)的大致范圍。

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