后压浆技术的工程应用及分析

2010-07-30蒲有林霍少磊胡洪军

铁道建筑 2010年11期

蒲有林，霍少磊，胡洪军

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，武汉 430074;2.兰州铁道设计院有限公司，兰州 730000;3.中国中铁电气化局集团，北京 100036)

郑州地区地层主要以土层、砂层分布为主，该地层经常会作为建筑物基础的持力层，该地层有空隙率高、含水量大、结构疏松等缺点，该地层中使用钻孔灌注桩容易产生灌注桩桩侧阻力、桩端阻力下降，承载力或变形不能满足设计要求，容易产生不均匀沉降等现象，影响建筑物的安全稳定性。通过后压浆技术可以实现浆液对桩周、桩端土体的渗透、填充、压密、劈裂加筋和固结作用。改善桩周土体特性，从而明显提高桩基承载力，减小建筑物桩基沉降[1]。研究后压浆技术施工工艺、影响因素、作用机理等问题，以便在工程施工中减小桩基的规格、数量，对缩减施工工期、降低施工难度、减少工程造价有着重要的现实意义。

1 后压浆对桩侧土层的影响机理分析

1)渗透固结作用。在渗透性好、可灌性强的砂土碎石土中，浆液在较小的压力下渗入到桩侧土体中的一定距离，形成一个结构性强、强度高的结石体，增大桩侧的摩阻力，从而提高桩的承载力。

2)充填挤密作用。因为桩土之间存在一个软弱层，其强度与桩周土相比要低，所以，浆液在压力作用下对桩侧土进行挤压，使桩径扩大的同时，总有沿着软弱面向上运动的趋势。软弱面有两个，分别为桩—泥皮接触面和泥皮—桩周土接触面。浆液在压力作用下首先克服任一软弱面的阻力，像楔子一样沿桩身向上运动，并对泥皮层和桩侧土体进行挤密，甚至破坏泥皮结构。浆液充填在挤密后产生的空隙中，凝固后形成强度高的水泥结石，相当于增大了桩的直径。

3)劈裂加筋作用。当注浆压力较高时，浆液在对土体产生挤压的同时，还会克服土体的阻力，产生劈裂效应，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。

2 后压浆对桩端土层的影响机理分析

桩端压浆的浆液一部分作用于桩端土体，其余部分作用于桩端以上一定范围内的桩侧土体，根据桩端土体性质、桩长、注浆压力、注浆时间以及注浆量的不同，导致浆液在桩端和桩侧以不同的形式进行分布。压浆对桩端土体的作用机理可分为渗透固结作用、挤密充填作用和劈裂加筋作用[2]。其中渗透固结作用和劈裂加筋作用机理类似前面后压浆对桩侧土层的影响机理分析，这里主要介绍挤密充填作用。浆液通过压浆管路强行挤入桩端土体，浆液在桩端形成一个近似球形的浆泡体，继续不断压入浆液，浆泡体积随之不断增大，在桩端形成扩大头，对桩周土进行挤密，使土体强度和刚度相应提高，浆泡体积半径随压浆压力的增大而增大，挤密作用和桩端土体的物理力学性质有关。

相关文献对桩长分别是2.43、2.51 m，桩径分别是128、134 mm两根试桩桩端后压浆进行了介绍[3]，试桩桩端沉渣厚度分别是0.72、0.64 m，桩端持力层为黏质粉土，桩周土层主要是回填土、粉质黏土、粉土和黏质粉土，桩端压入水泥量分别为26、21.6 kg，压浆压力分别为1.00 MPa和0.65 MPa，压浆过程中桩顶上抬量分别为0.020、0.075 mm，压浆完毕静载荷试验，桩端极限承载力分别为120、85 kN，比同条件的未压浆桩的承载力(50 kN)提高了140%和70%。图1是试桩A和B桩端压浆后开挖出桩的形状。从图1可以看出:压浆后桩的直径比未压浆桩分别增大了64%和49%，桩端面积分别增大了169%和123%;在桩端以上一定范围内，桩径和桩侧面积也不同程度地增大。

图1 桩端压浆后桩的形状(单位:mm)

3 工程概况

某大厦主楼高28层，附楼16层，均为框架剪力墙结构，建筑物采用桩筏基础。场地地层为:①人工填土，均厚为3.1 m;②粉土，褐黄色，稍密，均厚为 4.9 m;③粉质黏土，深灰色，较软，均厚为10.3 m;④中砂，灰色，饱和密实，均厚为11.6 m;⑤粉土，灰黄色，含水密实，均厚为12.4 m;⑥粉质黏土，褐黄色，较硬，均厚为19.8 m。桩端持力层为第⑥层粉质黏土。

根据场地土层的特点和桩基设计要求，为使单桩承载力满足技术可靠和经济合理的要求，选择不同的压浆工艺。当桩的有效桩长较长，一般>20 m时，选择桩端、桩侧双压浆工艺;当桩的有效桩长较短，一般情况<15 m时，只进行桩端压浆。本工程选取4根试验桩进行静载荷试验，其中3根桩桩端、桩侧双压浆，另一根桩为传统钻孔灌注桩。试验桩桩径为800 mm，桩长为45 m。桩端灌浆选在试验桩的第⑥层粉质黏土持力层上，桩侧注浆部位选在中砂层。