鉆孔灌注樁樁端后注漿沉降因素分析

摘 要：單樁沉降量的計算與分析在理論上有荷載傳遞法、剪切位移法、彈性理論法和分層總合法等，本文通過分層總合法分析在鉆孔灌注樁端注漿后樁的沉降影響因素，并以一個工程為背景，建立單樁的ANSYS有限元模型，分別對未注漿樁、注漿樁漿泡尺寸大小、注漿樁的注漿模量的變化等情況的分析，得出關(guān)于鉆孔灌注樁樁端后注漿沉降的影響因素和主要原因，得出一些有益的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：鉆孔灌注樁； 注漿漿泡； 模量； 沉降量

Abstract： The calculation and analysis of pile settlement amount of load transfer in theory， shear displacement method， elastic theory method and stratified total legal， etc. In this paper， the overall legal analysis stratified in Bored pile grouting the settlement factors， and an engineering background， build ANSYS finite element model of single pile， respectively， did not pile grouting， grouting pile analysis slurry bubble size， grouting grouting pile modulus change the situation ， and the main factors draw on bored pile grouting settlement， draw some useful conclusions.

Key words： Bored； grouting slurry bubble； modulus； settlement

引言

鉆孔灌注樁由于施工導(dǎo)致存在樁側(cè)的泥皮問題和樁端的沉渣問題，這些問題導(dǎo)致樁在上部荷載的作用下沉降量過大，致使整個結(jié)構(gòu)體失效。在樁端和樁側(cè)注漿能解決和克服上述問題，即能夠提高單樁豎向承載力和減小樁的沉降，但是，由于該項技術(shù)剛剛興起，其理論尚不成熟，特別是對于樁的沉降方面的研究很少。因此，對鉆孔灌注樁樁端注漿沉降方面的研究很有理論和實際意義。本文運用分層總合法理論對樁端后注漿鉆孔灌注樁沉降的分析，并運用ANSYS有限元軟件進(jìn)行驗證。

1.注漿單樁的分層總合法

分層總合法是根據(jù)各土層的參數(shù)分別計算巖土各層的沉降然后求各層沉降之和以得到總的沉降量。這個方法是計算建筑物總終沉降量的較為簡便的方法，在傳統(tǒng)的樁基設(shè)計中，對于大直徑的單樁，考慮到其樁側(cè)摩阻力的荷載分擔(dān)比相對較小，樁端底面積大且荷載分擔(dān)比較大，因此，可仿照淺基礎(chǔ)采用分層總合法計算沉降，在應(yīng)用分層總合法計算單樁沉降時，兩者有細(xì)微的差別。

1.1 與淺基礎(chǔ)不同，單樁的樁側(cè)摩阻力占有一定的荷載分擔(dān)比，按土力學(xué)理論，假設(shè)樁側(cè)摩阻力以 角擴(kuò)散到樁尖平面，形成直徑為 的原面荷載，并認(rèn)為軸向壓力均勻分布在圓內(nèi)，因此得到下面公式：

由于樁端注漿，這樣在樁端形成一個較大尺寸的大頭，這樣，可以用擴(kuò)大頭D帶入上述公式中，替代d。

1.2 單樁沉降存在一個樁間土的耦合問題，而且單樁沉降還包括樁身壓縮，這些都是淺基礎(chǔ)沉降分析不需要考慮的。

1.3 單樁沉降的機(jī)理和影響因素遠(yuǎn)比淺基礎(chǔ)復(fù)雜，因此，在應(yīng)用分層總合法進(jìn)行沉降分析時要具體問題具體分析。

采用分層總合法計算單樁的最終沉降量時，根據(jù)大直徑樁的特點，對計算參數(shù)做適當(dāng)改變，即：

從公式1、2、3中分析可知，在其它條件不變的情況下，樁的沉降與樁端的d有很大關(guān)系，當(dāng)d增加時，樁的底面積A增大，這樣樁端的附加壓力 就會減小， 與S成正比例關(guān)系，樁的沉降 隨之減小。因此，對于一般未注漿的鉆孔灌注樁來說，樁徑為d，樁體在受到上部荷載作用下發(fā)生沉降，沉降量為某一個值，但由于樁端沉渣和樁側(cè)泥皮問題，導(dǎo)致樁的沉降量要大于按上述公式計算出來的結(jié)果。對于注漿樁體來說，一方面，注入的漿液沿著樁側(cè)向上爬升，這樣可以就可以將樁體和樁周圍的土體結(jié)合成一體，增加了側(cè)摩阻力，另一方面，注入的漿液可以被擠壓入到樁底的沉渣中，這樣就改善了樁端土的力學(xué)性質(zhì)，增加的樁端土的模量，實際上就是解決的樁端的沉渣問題，同時，由于注漿壓力比較大，注入的漿液可以被壓入到樁端周圍的土體中，形成一個擴(kuò)大頭，通過公式1可知，樁端d與樁的底面積A成正比，當(dāng)d增大時，樁的底面積A也增大，而公式3中的樁端的附加壓力 與樁的底面積A成反比，當(dāng)樁的底面積A增大時，樁端的附加壓力 減小，那么計算出的沉降就會減小，鉆孔灌注樁后注漿形成的擴(kuò)大頭與施工中在樁端形成的擴(kuò)大頭有一些差別，施工中在樁端形成擴(kuò)大頭不能解決樁側(cè)的泥皮和樁端的沉渣問題。而樁端經(jīng)過注漿后樁側(cè)阻力不但沒減小反倒增加，另一方面，樁端形成的擴(kuò)大頭能夠完全和樁端周圍土體形成一體，這樣，注漿樁的沉降減小要比施工中在樁端形成的擴(kuò)大頭效果要好。

2.有限元模型分析注漿樁的沉降

2.1有限元模型的建立

模型的計算參數(shù)，對于單樁，樁、土、漿泡均采用節(jié)點SOLID42單元；網(wǎng)格由程序自動完成，在樁頂和樁端進(jìn)行網(wǎng)格加密；模型大小取40.8*80.1m。樁徑為0.8m，樁長按與實際工程的載荷試驗樁長一致，取58.1m。邊界條件為：兩側(cè)邊均無水平位移，底邊完全固定。

2.2 材料參數(shù)

樁體假設(shè)為各向同性彈性體，土的本構(gòu)模型采用Drucker-Prager模型，計算采用的各材料的力學(xué)參數(shù)見樁模型設(shè)計參數(shù)表所示，對某些參數(shù)進(jìn)行影響作用分析時，它的取值有所變化。

3.樁的沉降對比分析

3.1 漿泡擴(kuò)散尺寸的大小對沉降性狀的影響

通過圖1可知：在相同荷載作用下，樁端未注漿的樁體沉降量最大，當(dāng)樁端注漿后，樁體的沉降明顯減小，這主要是未注漿時，樁端存在大量沉渣，形成大量浮土，在荷載作用下，樁體迅速下沉，導(dǎo)致沉降增大，當(dāng)樁端注漿后，樁端沉渣中注入大量漿液，漿液和沉渣形成一體，這樣樁端下土體的模量增加，在受到荷載作用下，樁體下沉到一定階段后遇到模量較大的漿泡體上，樁體下沉減小。隨著樁體漿泡逐漸增大時，樁的沉降量逐漸減小，而且沉降量減小比較明顯，這主要是因為隨著漿泡擴(kuò)散尺寸的增大，相當(dāng)于在樁端形成的擴(kuò)大頭尺寸增大，樁的沉降因此減小，但尺寸到了一定時候，沉降減小的幅度逐漸減小。

3.2 漿泡模量大小對沉降性狀的影響

通過圖2可知：未注漿樁體沉降量很大。隨著樁端后注漿漿泡模量的增加，樁體總的沉降逐漸減小，這是由于樁端漿液的注入使得樁側(cè)的泥皮效應(yīng)和樁端的沉渣問題得到根本的改變，使得樁端土體的模量增加，樁的沉降因此減小，但隨著樁端注漿體模量增加，沉降量減小的幅度越來越小，也就是說，樁端漿泡模量達(dá)到一定值后，漿泡模量的增加并不能對樁端沉降降低幅度起到明顯作用。造成這種結(jié)果的主要原因是形成的漿泡在樁端形成一個擴(kuò)大頭，當(dāng)這個擴(kuò)大頭的模量提高到一定，樁在受到上部荷載作用時，樁的沉降量的的大小取決于漿泡周圍土體模量的大小。

沒有注漿 漿泡模量為80Mpa 漿泡模量為200Mpa 漿泡模量為300Mpa 漿泡模量為400Mpa

3.結(jié)論

由以上分析可得以下結(jié)論：

1）鉆孔灌注樁樁端注漿后，按照分層總合法公式進(jìn)行分析得出，樁的沉降量減小的原因在于樁端形成一個擴(kuò)大頭，這樣，樁的截面積增加，導(dǎo)致樁端附加應(yīng)力減小，從而沉降減小。

2）分析了注漿樁和擴(kuò)底樁的區(qū)別和實質(zhì)。得出注漿樁體的沉降幅度小于同尺寸的擴(kuò)底樁。

3）通過有建立有限元模型分析驗證了漿泡尺寸的大小和樁端注漿漿泡模量的大小對沉降產(chǎn)生的影響。

總之，樁端注漿對樁體沉降是非常有效的一種方法，漿泡尺寸和漿泡模量的等因素對對樁體沉降樁的沉降起決定性的因素。

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【文章編號】1627-6868（2017）05-0016-03

【作者簡介】吳斌（1979-），男，浙江義烏人，工程師，長期從事巖土工程勘察和設(shè)計工作。