后壓漿橋梁鉆孔灌注樁靜載試驗(yàn)研究

蔣 曉 磊

(山西路橋第六工程有限公司，山西 晉中 030600)

0 引言

橋梁鉆孔灌注樁施工過程中，由于清孔不徹底，樁基內(nèi)部大量沉渣沒有排出，會(huì)造成樁基泥皮過厚，樁側(cè)阻力和樁基承載力降低。鉆孔灌注樁施工采用泥漿護(hù)壁，如果清孔不徹底會(huì)在樁側(cè)產(chǎn)生較厚的泥皮，在樁底產(chǎn)生較厚的沉渣。在樁基成型后，采用后壓漿技術(shù)進(jìn)行注漿，可加固地基土，提高樁側(cè)阻力和樁基承載力。我國(guó)于20世紀(jì)90年代開始研究后壓漿技術(shù)，并先后在樁底、樁側(cè)壓漿技術(shù)中取得了研究成果，并申請(qǐng)了專利。研究表明，地基土為砂石土加固效果明顯高于細(xì)粒土，可提高單樁承載力大約40%～120%，減少樁基沉降約30%。另外，采用后壓漿技術(shù)加固后，樁基不僅沉降量較小，而且整體沉降均勻。

采用后壓漿技術(shù)對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行加固處治，可大幅度提高樁側(cè)阻力和樁端阻力，可明顯提高承載力，降低樁基沉降。尤其是對(duì)于小直徑、樁端為砂性土或礫石土的樁基礎(chǔ)，不僅可以提高樁側(cè)阻力，還可以有效加固樁底沉渣，加固持力層，甚至可以將摩擦樁轉(zhuǎn)變?yōu)槎顺袠丁Ｍㄟ^在施工現(xiàn)場(chǎng)建立試驗(yàn)樁，分別對(duì)單樁承載力、樁側(cè)阻力、樁端阻力等進(jìn)行檢測(cè)，與未采用后壓漿加固處理的樁基進(jìn)行對(duì)比分析，分析后壓漿法對(duì)鉆孔灌注樁的加固效果。

1 后壓漿技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 基本概念

在鉆孔灌注樁施工過程中，在鋼筋籠上部預(yù)埋壓漿管道和壓漿閥，待成樁后為了加固樁側(cè)、樁端的泥皮和地基土，通過壓漿管道向地基中壓入水泥漿液，固結(jié)土壤，達(dá)到提高樁側(cè)阻力和樁基豎向承載力的一種施工技術(shù)。

1.2 后壓漿技術(shù)力學(xué)作用機(jī)理

后注漿法是通過在鋼筋籠上部布置兩根注漿管，在樁基混凝土初凝(養(yǎng)生10 d～15 d)后使用清水開塞后將水泥漿液注入樁底礫石層。注漿初期，水泥漿液與礫石層土體和沉渣混合起壓密作用，隨著壓漿量的增加，在樁底形成擴(kuò)大頭，樁底土體不斷被壓縮，改變了原有的固結(jié)狀態(tài)。如果樁底礫石層較薄且滲透性差，在水泥漿液壓力不斷升高的作用下會(huì)產(chǎn)生劈裂注漿；如果礫石層滲透性較好，擴(kuò)散半徑會(huì)不斷增大，注漿量也會(huì)不斷增加，產(chǎn)生壓密注漿。

在壓漿過程中，在注漿壓力的作用下水泥漿與地基土之間產(chǎn)生擠密、滲入、充填、劈裂等過程，在這個(gè)過程中注漿壓力會(huì)發(fā)生變化，土體結(jié)構(gòu)不斷被壓密、固結(jié)。但總的變化趨勢(shì)是隨著注漿量的增加，注漿壓力不斷增加，加固范圍不斷增大，地基土被加固。因此，后壓漿技術(shù)通過注漿固結(jié)地基土，對(duì)樁側(cè)泥皮進(jìn)行加固，提高樁側(cè)阻力，并隨著漿液擴(kuò)散半徑的增加，持力層厚度增加，樁基豎向承載力提高。

2 依托項(xiàng)目概況

某高速公路特大橋全長(zhǎng)3 425.7 m，橋面總寬度為42 m，分左右半幅。橋梁樁基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，樁徑采用1.5 m和1.8 m兩種，樁基共計(jì)807根，樁長(zhǎng)總計(jì)30 121 m。結(jié)合勘察設(shè)計(jì)結(jié)果，樁基土體為第四系松散碎屑堆積地層，其中上部土層主要為濕陷性黃土、亞黏土，下部土層主要為中細(xì)砂、砂礫石層，局部夾薄亞砂土層。整個(gè)施工區(qū)域地質(zhì)情況基本類似，差異不大。

為檢測(cè)樁基施工質(zhì)量和后壓漿施工效果，在施工現(xiàn)場(chǎng)建立試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)試樁6根，分為2組。試樁樁徑為1.5 m，第1組試樁樁長(zhǎng)為25 m，采用鉆孔灌注樁施工，施工后采用后壓漿技術(shù)加固；第2組試樁樁長(zhǎng)為25 m，采用鉆孔灌注樁，不進(jìn)行后壓漿技術(shù)加固。鋼筋籠制作過程中，分別在樁側(cè)布置1根壓漿管，3根樁端壓漿管。樁側(cè)環(huán)向壓漿閥安裝在樁頂以下15 m位置，樁端壓漿閥布設(shè)在鋼筋籠底部10 cm以下。

3 樁基靜載試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 單樁豎向極限承載力

單樁豎向極限承載力檢測(cè)采用錨樁橫梁反力裝置，分別對(duì)試樁最大加載量、累計(jì)沉降量進(jìn)行檢測(cè)，并計(jì)算單樁豎向極限承載力，具體檢測(cè)和計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 單樁豎向極限承載力檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，采用后壓漿處治的樁基較沒處理的鉆孔灌注樁沉降量明顯下降，下降幅度達(dá)到50%以上，且沉降穩(wěn)定速度快，樁基承載力也得到了顯著提高，提高幅度達(dá)到50%以上。

3.2 樁側(cè)/樁端阻力

分別采用鋼筋計(jì)法和滑動(dòng)測(cè)微計(jì)法對(duì)經(jīng)后壓漿處治和未處理的樁基樁側(cè)阻力和樁端阻力進(jìn)行檢測(cè)，并繪制樁側(cè)/樁端阻力檢測(cè)平均值與樁頂荷載之間的關(guān)系曲線如圖1，圖2所示。

分析圖1，圖2曲線變化趨勢(shì)，采用后壓漿處治的樁基樁端阻力明顯提高，且當(dāng)樁頂荷載達(dá)到最大值時(shí)，樁端阻力檢測(cè)值接近樁頂荷載的1/2。后壓漿處治后的樁基樁端阻力曲線斜率較大，說(shuō)明樁端阻力增長(zhǎng)速度較快。未處治的樁基樁端阻力較小，當(dāng)樁頂荷載達(dá)到18 000 kN時(shí)，僅為4 100 kN；后壓漿處治后，樁頂荷載達(dá)到26 000 kN時(shí)，樁端阻力達(dá)到13 000 kN左右，提高了44.4%，為最大荷載的1/2左右，大大提高了樁端荷載。

分析后壓漿處治前后樁側(cè)阻力的變化情況，未經(jīng)后壓漿技術(shù)處治的樁基樁側(cè)阻力也有明顯增加。處治后的樁基樁側(cè)阻力變化曲線斜率增大，說(shuō)明增長(zhǎng)速度加快。另外，未經(jīng)處治的樁基樁側(cè)阻力最大值為9 000 kN左右，壓漿處治后的樁側(cè)阻力最大值為13 000 kN，均為最大樁頂荷載的1/2左右，但樁側(cè)阻力值明顯增大，提高了44.4%，說(shuō)明壓漿后對(duì)樁側(cè)泥皮固結(jié)，樁側(cè)阻力明顯提高。

3.3 后壓漿對(duì)灌注樁承載力影響分析

圖3是后壓漿處治試樁與未處治試樁靜載試驗(yàn)沉降曲線。分析曲線可知，采用后壓漿處理的試樁回彈率達(dá)到76.7%～86.2%，而未處治試樁回彈率僅為16.3%～20.9%，處治后樁基回彈率明顯提高，說(shuō)明回彈變形所占比例較高，可有效提高樁基承載力。分析沉降曲線變化情況可知，采用后壓漿處治的鉆孔灌注樁沉降較緩和，3個(gè)試樁沉降差距較小，穩(wěn)定速度快。從沉降量變化上分析，后壓漿處治后的樁基在同級(jí)荷載作用下，較未處治樁基沉降量可減少80%左右。說(shuō)明后壓漿技術(shù)可明顯降低樁基沉降，有效提高樁基承載力。

結(jié)合表1數(shù)據(jù)，在地質(zhì)條件相同的情況下，采用后壓漿技術(shù)處治的單樁極限承載力較未處治樁基高8 000 kN左右。說(shuō)明采用后壓漿技術(shù)可提高單樁豎向抗壓極限承載力達(dá)50%以上，樁長(zhǎng)25 m的樁基承載力不低于26 000 kN，滿足設(shè)計(jì)要求的不低于15 000 kN的要求。

未壓漿樁基由于受到沉渣和持力層的影響，樁端阻力在沉渣固結(jié)，發(fā)生較大沉降后才發(fā)揮出來(lái)。而壓漿后的樁體由于水泥漿液的作用使沉渣固結(jié)，并通過水泥漿液的擴(kuò)散滲透作用對(duì)持力層進(jìn)一步加固，地基承載力提高，因此沉降量降低，回彈變形變大。總之，通過分析施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，不同地質(zhì)情況加固效果不同，其中中砂層樁側(cè)阻力可提高10%，粗砂層可提高20%，樁端阻力可提高130%。后壓漿處治后樁基承載力提高，說(shuō)明后壓漿技術(shù)加固效果明顯，可有效提高樁端阻力、樁側(cè)阻力和單樁承載力。

4 結(jié)語(yǔ)

鉆孔灌注樁施工過程中，由于清孔不徹底，樁底沉渣量多，會(huì)造成樁基沉降變形大，樁基承載力降低。采用后壓漿技術(shù)對(duì)鉆孔灌注樁進(jìn)行處治，并制作試樁檢測(cè)樁基承載力和樁端阻力、樁側(cè)阻力，分析得出以下結(jié)論：

1)分析單樁豎向極限承載力檢測(cè)結(jié)果，后壓漿處治后的樁基沉降量下降幅度達(dá)到50%以上，承載力提高幅度不低于50%；

2)分析后壓漿處治和未處治樁基樁端、樁側(cè)阻力檢測(cè)結(jié)果，得出后壓漿處治后的樁端阻力和樁側(cè)阻力均提高了40%以上；

3)分析后壓漿處治和未處治樁體靜載試驗(yàn)結(jié)果，可得出后壓漿處治后樁基回彈率明顯提高，沉降變形明顯降低，說(shuō)明樁基承載力明顯提高。