后注漿鉆孔灌注樁承載特性及變形特性分析

張會鵬

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000 ）

0 引言

混凝土鉆孔灌注樁在實際施工和應用中存在以下一些問題[1-3]：樁側泥漿會降低摩擦力，出現應力松動現象；樁端泥沙及承重層擾動問題；樁身混凝土質量缺陷；同一場地內，不同混凝土現澆樁豎向承載力的各異性。這些問題極大地影響了現澆樁的成樁質量。隨著單樁承載力要求和沉降要求的不斷提高，提出后注漿技術。

在現場試驗方面，王鵬[4]結合實際工程從施工流程、工藝選擇及施工要點對后注漿技術進行介紹，并根據易出現的施工難點提出相應施工措施。在數值模擬方面，張升進[5]選擇ABAQUS有限元軟件對樁端卵石地層灌注樁注漿后的承載特性建立模型，將所得模擬結果和現場所得結果進行對比，發現樁端后注漿對樁側承載力的影響范圍集中在樁端附近的3倍樁徑范圍內。

關于后注漿對鉆孔灌注漿的影響，研究人員主要通過現場試驗和數值模擬兩個方法來得出相關規律。現場試驗得出的結果貼合實際但是需要消耗的人力、時間多，成本較大；數值模擬由于不考慮很多現場因素，所以得出的結果會和實際結果存在差異。因此將兩者相結合，可以很好地解決兩種方法存在的問題。本文基于杭州某工程案例，取其中兩根鉆孔灌注樁進行現場加-卸載試驗，結合數值模擬軟件，對其承載能力進行現場數據和數值模擬對比。

1 工程概況

該工程的圍護結構為鉆孔灌注樁，并采用后注漿技術。工程淺層土層主要為錢塘江河口的堆積層，中層土層為海相沉積的軟土層，深層土層為黏性土、砂土和礫石土。圖1 為土層地質分布圖，表1 為土層主要物理力學參數。

表1 土層物理力學參數

圖1 土層地質分布圖

2 現場加-卸載試驗分析

本次現場試驗選用2 根樁作為試驗樁，樁1 為Φ800mm后注漿現澆樁，樁2為Φ1000mm后注漿現澆樁，具體參數如表2所示。

表2 樁基參數

2.1 樁頂沉降分析

樁1初始加載荷載為1620kN，分8次加載，每次加載荷載為810kN，終止荷載為8100kN。卸載分5次卸載，每次卸載為1620kN。樁2初始加載荷載為2180kN，分8次加載，每次加載荷載為1090kN，終止荷載為10900kN。卸載分5次卸載，每次卸載為2180kN。記錄各階段沉降量變化，繪制荷載-沉降圖，如圖2所示。

圖2 實測樁加-卸載曲線

由圖2可知，樁1在加載達到最大加載荷載8100kN時，沉降為29.85mm。卸載歸零后，最終沉降穩定在21.32mm。樁2在加載達到最大加載荷載10900kN時，沉降為16.94mm。卸載歸零后，最終沉降穩定在9.53mm。利用“雙切線”[6]進行描述，結果表明，樁1的破壞載荷為5200kN，樁2的破壞載荷為7100kN。

樁1 和樁2 加載曲線對比分析可知，當沉降量相同時，樁頂受力隨著樁徑的增大而增大。

2.2 樁身軸向荷載分析

根據樁1、樁2所收集到的應力數據，繪制對應的軸向荷載分布曲線。

當荷載加載到1620kN時，在37m深度處以下軸向載荷為零，加載2430kN時，在38m深度處以下軸向載荷為零，這表明當載荷＜2430kN時，摩擦力提供了全部的承載能力。當加載到最大荷載8100kN 時，底部承載層提供3719kN，占整個承載能力的45.9%，摩擦力提供另外54.1%的承載能力。

當樁2加載到最大荷載10900kN時，底部承載層提供3612kN，占整個承載力的33.1%，摩擦力提供另外66.9%的承載力。樁2樁側摩擦力提供的總樁承載能力比樁1高，與其接觸面積相關。

樁1、樁2同時存在摩擦力和底部承載力。由摩擦力發展過程可見，上下土的側摩阻力不同步，上層土的側向摩擦發生在下層土的側向摩擦之前，隨著荷載的增加，上層土體側摩阻力逐漸穩定，而下層土體側摩阻力遠未達到最大值。

3 數值模擬分析

根據實際工況，建立樁-土體系的結構模型，樁直徑取值為1000mm，長度為47.22m，強度為C40。通過在樁頂加載應力的手段，模擬靜載荷試驗過程，并進行數據采集與分析。

3.1 模擬樁頂沉降分析

根據現場樁2的荷載施加方案，進行荷載施加，將初始荷載2180kN以及終止荷載10900kN下的樁側土位移情況進行提取。提取模擬過程中各階段應力-沉降值，并與現場實際進行對比，如圖3所示。

圖3 實測、模擬樁2加-卸載曲線對比圖

樁側周圍土位移以及樁身位移隨著載荷的增加而增加。影響范圍隨著深度的增加呈“漏斗”遞減。

由圖3 可知，模擬樁2 在加載達到最大加載荷載10900kN時，沉降為14.04mm。卸載歸零后，最終沉降穩定在7.95mm。利用“雙切線”進行描述，模擬樁2的破壞載荷為7200kN。模擬結果與現場試驗相比較，加、卸載沉降趨勢一致，破壞載荷相近，但模擬樁沉降相對偏小，可能與施工現場存在外部荷載有關。

3.2 模擬樁身軸向荷載分析

根據樁2的模擬結果，繪制對應的軸向荷載分布曲線，見圖4所示，并將10900kN荷載下的模擬軸向荷載分布曲線與現場軸向荷載分布曲線進行對比分析，見圖5所示。

圖4 模擬樁2軸向荷載分布曲線

圖5 10900kN荷載下模擬、實測軸向荷載分布對比

由圖4可知，隨著樁頂加載荷載的不斷增大，底部承載層所提供的承載力呈上升的趨勢，但其提供的承載力值占整個承載能力的比例呈下降的趨勢。

由圖5可知，當承載力達到10900kN時，底部承載層提供1672kN，占整個承載能力的14.8%，摩擦力提供另外85.2%的承載能力。與現場實測相對比，模擬承載力分布曲線不同于現場實測承載力分布曲線，在達到1∕2樁長之前，模擬樁的軸向載荷比現場實測樁軸向載荷下降快，達到1∕2樁長之后，模擬樁軸向載荷比現場實測樁軸向載荷下降慢。現場實測樁底部承載層所提供的承載力約為模擬樁的2.24倍，分析原因為由于漿液的自重性和擴散性，漿液呈現向底部土質擴散的趨勢，提高了土體承載能力，但數值模擬無法實現漿液的擴散，致使出現實測樁下部軸向荷載大于模擬樁下部軸向荷載的情況。

4 結束語

通過結合現場實測數據與ABAQUS 有限元模擬數據，對后注漿鉆孔灌注樁的荷載變形特性及承載力分布情況進行對比分析，分析結果如下：

（1）由樁1與樁2的加-卸載曲線分析可知，樁1的破壞荷載為5200kN，樁破壞荷載為7100kN，樁的極限承載能力隨著樁徑直徑的增加而增加。

（2）由實測軸向荷載分布曲線可知，樁的承載主要由側向摩擦力和底部承載力提供，摩擦力提供荷載大于底部承載力。上下土的側摩擦力不同步，上層土的側向摩擦發生在下層土的側向摩擦之前，隨著荷載的增加，上層土體側摩擦力逐漸穩定，而下層土體側摩擦力遠未達到最大值。

（3）由有限元模擬樁頂沉降曲線可知，樁側周圍土位移以及樁身位移隨著載荷的增加而增加，影響范圍隨著深度的增加呈“漏斗”遞減。模擬樁2的破壞荷載與實測樁2的破壞荷載一致，都為7100kN。

（4）由有限元模擬軸向荷載分布曲線可知，在達到1∕2樁長之前，模擬樁2的軸向載荷比現場實測樁2的軸向載荷下降快，達到1∕2樁長之后，模擬樁軸向載荷比現場實測樁軸向載荷下降慢。現場實測樁底部承載層所提供的承載力約為模擬樁的2.24倍。