桩端后注浆桩承载力的影响因素及规律分析

涂成江

摘要:影响桩端注浆桩承载力的因素十分复杂,这是由桩端压力注浆桩的特点所决定的,这些因素大体可分为三个方面:一是外界条件因素,包括上部结构荷载特性、地质条件、环境条件、经济可行性分析等;二是桩自身的因素,包括桩端土性、桩长、桩径和桩身质量等;三是注浆施工因素,包括浆液的类型、注浆量、注浆压力等。

关键词:桩端后注浆桩承载力影响因素

0 引言

钻孔灌注桩基础是目前国内外广泛使用的一种深基础型式。钻孔桩基础能够适应各种地质条件,兼之各种施工工艺。钻孔灌注桩具有造价低,工期短,可做成较大尺寸,钻入较深土层,能提供较大承载力等优点,但单一工艺的灌注桩,由于成孔工艺的固有缺陷,导致桩底沉渣和桩周泥膜等隐患,为此国内外把地基处理灌浆技术引用到桩基,采取对桩端和桩侧实施压力注浆措施,即所谓的后注浆技术。钻孔灌注桩后注浆技术是成桩时在桩底或桩侧预置注浆管路和注浆装置,待桩身达到一定强度后,通过注浆管路,利用高压注浆泵压注以水泥为主剂的浆液,对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化,以达到提高桩的承载力、减少沉降量的一种科学先进的技术方法。

1 外界条件因素

1.1 上部结构荷载特性 建筑物上部结构的特点决定了其荷载传递的规律,也决定了对地下基础的设计与处理。灌注桩桩端后注浆可以改善地基土的性状,增大桩基础的承载力并可以减少基础的沉降量,因此在注浆的设计与施工时应充分考虑上部结构的荷载特点和沉降要求,从而保证建筑整体的安全地承载和均匀稳定的沉降。

1.2 地质条件 根据前面大量实测资料的分析,地质条件对注浆桩承载力有着很大的影响。桩端为粗粒土等地层时,浆液渗透率高,通过渗透、部分挤密、填充及固结等作用,使桩端条件得到改善,并在桩端形成扩大头,增大了桩端面积,使桩的承载力得到较大地提高;当桩端为细粒土时,浆液渗透率低,通过劈裂注浆,桩端土体被网状结石分割加筋成复合土体,可有效地传递和分担荷载。此外,桩端注浆之后桩承载力提高的幅度与桩端持力层岩土的堆积状态密切相关,桩端岩土的初始孔隙越大、结构越松散,浆液的渗透效果就越好,桩端和桩侧阻力提高的幅度就越大。

1.3 环境条件 采用桩端注浆方法时还要充分考虑场地周围的环境因素,因为水泥浆液注入土层后,在地层中渗透、扩散,可能会导致附近土层的污染,注入水泥量较大时还可能沿着桩侧壁爬升至地表面处。因此,在环境保护要求较高的工程中应做好相应的预防处理措施。

1.4 经济可行性分析 在基础中采用桩端注浆的方法,其最大的优点就是既可以提高桩基的承载力,又可以减少沉降量。注浆要增加部分费用,但增加了单桩的承载力又在设计时可以减少部分桩或减少桩长的设计值而降低工程造价。

2 桩自身的因素

2.1 桩长对桩端注浆桩承载力的影响 根据试验结果和计算结果的分析,在其他条件相同的时候,桩端注浆之后,短桩比长桩承载力提高的比例要高。在一般情况下,当桩长较短时,桩侧阻力在总荷载中所占的比例较小;当桩长较长时,桩侧阻力在总荷载中所占的比例较大。由于桩端注浆对桩端阻力提高的幅度较它对桩侧阻力提高的幅度大。

表1不同桩长条件下注浆桩前后承载力计算结果。

2.2 桩径对桩端注浆桩承载力的影响 桩径对桩端注浆桩的承载力有着一定的影响。当桩径较小时,注浆桩承载力提高的幅度大,随着桩径的增加,注浆桩承载力提高的幅度减小。(如表2)

表2不同桩径时桩端注浆前后承载力对比

3 注浆施工因素

3.1 浆液种类对桩端注浆桩承载力的影响 实现渗入性注浆的前提是浆液材料颗粒的尺寸要小于土体孔隙的尺寸。普通水泥最大颗粒尺寸在60～100μm(0.06～0.10mm)之间,其浆液难以进入渗透系数k<5×10-2cm/s的砂土孔隙或宽度小于200μm的裂隙。国外采用把普通水泥浆材再次磨细的方法,从而可以获得平均粒径小于3～4μm的超细水泥。由这种浆材配制的浆液渗透系数可以从原来的k<5×10-2cm/s(粗砂)提高到10-3~10-4cm/s(细砂层)。

3.2 注浆量对桩端压力注浆桩承载力的影响 在其他条件相同时,注浆量越多,桩基承载力提高的幅度就越大。在实际工程中应控制注浆量使其达到一个经济合理且符合工程承载力的要求。(见图1)

3.3 注浆压力对桩端压力注浆桩承载力的影响 经过实际注浆工程的观察发现,在其他条件相同时,桩端注浆桩的承载力随着注浆压力的增大而增大。

两根试桩,桩径为800mm,桩长为56m,桩端为中密粉砂,桩端注入水泥浆量500kg,注浆压力分别为0.3MPa和1.2MPa,Qu分别为14000kN和15000kN。

图2为只有注浆压力不同时桩端注浆桩承载力的对比,可以看到随着注浆压力的增大桩的承载力也增大。

4 结语

综上所述,影响桩端注浆桩承载力的因素十分复杂,实际工程中我们要全面考虑外界条件因素,桩自身因素以及注浆施工因素对桩承载力的影响,充分发挥桩端后注浆方法的优势,提高桩的承载力,有效的节约工程成本。

参考文献:

[1]现代灌浆技术译文集[M].北京.水利电力出版社.1991.

[2]张晓炜,黄根生.钻孔灌注桩后压浆技术理论与应用[M].武汉.地质大学出版社.2007.

[3]吴建康.泥浆护壁钻孔灌注桩的桩底压力注浆[J].建筑施工.1994.(2).