橋梁鉆孔灌注樁樁端后壓漿承載特性分析

馮 勇

（山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006）

引言

在工程地質較差、橋梁樁基荷載較高的情況下，應采取措施提高樁基承載力，以防止樁基產生沉降變形，進而造成橋梁結構變形破壞。樁端后壓漿技術可以提高樁側和樁端阻力，降低樁基沉降，提高樁基承載力。

1 樁端后壓漿承載力提高機理

樁端后壓漿技術是在鉆孔灌注樁鋼筋籠上部預置壓漿管，在樁體混凝土澆筑7～10 d 后，達到設計強度后，采用高壓注漿的方式將水泥漿或其他化學漿液注入樁端。樁端后壓漿施工采用高壓壓漿泵壓漿，通過注漿管和樁端壓漿裝置將漿液注入樁端。注入的漿液在克服樁身與周圍土體摩擦阻力向樁底沉渣和土體擴散，排出土體內部多余的水和空氣，填充孔隙，提高樁端土體的密實度，形成擴大頭。水泥漿或化學漿液與樁側周邊的土體、泥皮等材料結合，起到固化效果，形成具有一定強度的“結石體”，提高了樁側的摩擦阻力。注漿后可以對樁端和樁側進行加固，提高了樁底持力層強度和樁端阻力，也提高了樁側摩擦阻力，改善樁端和樁側的荷載傳遞性能，有效限制了樁體的沉降變形，提升了樁端的承載力。

2 樁端后壓漿施工方案

2.1 工程概況

韓尾溝大橋位于呼北國家高速公路山西離石至隰縣段，橋梁上部結構采用10×40 m 裝配式預應力混凝土連續T 梁橋，該橋梁墩身高度大，其中最大墩高為85 m。橋面設計寬度為42 m，分左右兩幅，半幅橋面設計寬度為20.5 m。橋梁施工現場上部為黃土，厚度為3～8 m，下部依次為粉質黏土、亞黏土、中砂，土質不均勻，孔隙較發育，呈硬塑狀，其中下部中砂層樁側摩阻力標準值為49 kPa、地基承載力為223 kPa。橋梁下部結構采用鉆孔灌注樁樁基礎，樁徑有1.5 m 和1.8 m 兩種，樁基礎下部可能會接觸到地下含水層，由于墩身較高，擬采用樁端后壓漿技術提高樁基礎承載力。

2.2 試樁設計

結合施工現場工程地質調查情況，選擇有代表性的路段鉆孔灌注樁作為試樁，同時考慮對現場施工組織的影響。選取地層平坦，便于開展試驗檢測工作，工程地質情況也具有代表性區域。所選試樁樁徑為150 cm，數量為6 根，分為2 組，每組3 根，其中第一組樁長為25 m，采用后壓漿工藝，命名為SH01、SH02、SH03，第二組試樁樁長為25 m，為常規鉆孔灌注樁，不采用后壓漿工藝，命名為SC01、SC02、SC03。

2.3 試驗加載方案

為檢驗樁端后壓漿技術對提高樁基承載力的效果，完工后分別對各組試樁開展靜載試驗。在樁頂和樁周地表布置沉降觀測點，試驗過程中對樁頂和地表沉降觀測點標高進行觀測。施工中布設鋼筋計、混凝土應變計和土壓力盒，采用頻率計讀取數據，分析確定樁身應變和樁端應力。試樁靜載試驗分級加載，每級加載后待變形穩定后再進行下一級加載，達到最大加載量后再逐級卸載。第一組試樁分13 級加載，單級加載2 000 kN，最大加載量為26 000 kN；第二組分11 級加載，單級加載2 000 kN，最大加載量為22 000 kN；第三組分9 級加載，單級加載2 000 kN，最大加載量為18 000 kN。各試樁養護齡期達到15 d 后開展單樁豎向承載力試驗，并提前安裝試驗設備，做好調試。

3 樁端后壓漿承載特性試驗分析

3.1 單樁承載力試驗結果分析

分別對各組試樁開展靜載試驗，分級加載，并通過百分表讀取每根試樁在各級加載后的沉降變化，選取部分試樁試驗數據，繪制加載過程中樁頂沉降變化曲線見圖1。

圖1 各試樁試驗加載過程中樁頂沉降變化曲線

分析圖1 曲線變形情況，在加載初期各組試樁沉降相差較小，而后期采用樁頂后壓漿技術的樁基沉降明顯低于未采用后壓漿的樁體，且采用后壓漿技術的樁體卸載后回彈率明顯高于未處理樁基。當加載荷載低于6 000 kN 時，各組試樁沉降量差異很小，曲線基本重合；在加載荷載高于6 000 kN 后，采用樁頂后壓漿技術的試樁沉降明顯低于其他兩組試樁。當加載荷載達到最大值時，第一組試樁沉降為14.513 mm，第二組試樁沉降分別為40.346 mm，通過數據統計，卸載后第一組試樁最大回彈量為10.384 mm，回彈率為71.55 %；第二組試樁回彈量分別為6.834 mm，回彈率為16.93 %。采用樁端后壓漿處理的第一組試樁沉降量明顯低于其他兩組，回彈量明顯高于其他兩組，說明采用后壓漿技術可明顯降低樁基沉降，提高樁基承載力。

3.2 樁側阻力試驗結果分析

在分級加載過程中，對各組試樁不同深度的樁側摩阻力進行檢測，繪制樁側阻力變化曲線見圖2、圖3。

圖2 SH02 樁不同深度樁側摩阻力變化曲線

圖3 SC02 樁不同深度樁側摩阻力變化曲線

對比分析圖2、圖3 在不同加載荷載下樁側阻力變化情況可以得出，加載前期隨深度的增加樁側阻力不斷增加，在達到18 m 左右時出現轉折，樁側摩阻力有所下降，而采用樁端后壓漿技術的試樁在各加載階段樁側摩阻力均高于未處理試樁。樁側摩阻力在樁身18 m 的位置達到最大，這是由于樁端阻力的作用是樁側阻力產生松弛造成的。在各加載階段，第一組試樁（SH02）樁側摩阻力均高于第二組試樁（SC02），說明采用樁端后壓漿技術可明顯提高樁側摩阻力。

3.3 樁端阻力試驗結果分析

在試驗加載過程中，通過監測確定樁端阻力，并分析樁端阻力與樁頂沉降之間的規律，見圖4、圖5。

分析圖4 樁頂荷載與樁端阻力變化曲線，當樁頂荷載達到最大值時，采用樁頂后壓漿技術的樁端阻力為最大樁頂荷載的29.48%，而未處理的鉆孔灌注樁樁端阻力為最大樁頂荷載的38.03%。在樁頂荷載加載過程中，樁端阻力變化速率越快，說明樁端阻力發揮作用越大。分析圖5 曲線變化趨勢，在加載初期兩組樁體的樁端阻力和沉降量很接近，后期未采用樁端后壓漿處理的樁頂沉降明顯高于處理后的，說明樁端阻力相同的情況下，采用后壓漿處理的樁端承載力更好。

圖4 試驗加載過程中樁端阻力變化曲線

圖5 樁端阻力與樁基沉降變化關系曲線

4 結語

根據韓尾溝大橋工程地質情況采用樁端后壓漿技術提高樁端承載力，并布置試樁，分別對采用樁端后壓漿和未壓漿處治的鉆孔灌注樁開展靜載試驗，對比分析樁基承載力、樁側阻力、樁端阻力在加載過程中的變化規律。（1）采用后壓漿處理的樁基承載力較未處理的樁基提高明顯，在試驗加載過程中樁基沉降量明顯下降，且卸載后樁基沉降回彈率超過70%，明顯高于未處理樁基。（2）在樁頂荷載加載過程中，采用樁頂后壓漿處理的樁基樁側摩阻力明顯高于未處理樁基，且總體變化趨勢基本一致。（3）樁端阻力和樁端沉降在試驗荷載相同的情況下，加載初期兩組試樁基本一致，后期隨樁端阻力的增加，未做后壓漿處理的樁體沉降明顯高于處理樁體，說明處治后樁基承載力得到了明顯提升。