后注浆提高钻孔灌注桩单桩承载力分析

2010-10-16原建博李慧霞

河北工程大学学报(自然科学版) 2010年4期

原建博,鹿群,李慧霞

(1.天津城市建设学院,天津300384;2.天津市软土特性与工程环境重点实验室,天津300384)

钻孔灌注桩的承载力来自于桩侧摩阻力和桩端阻力,桩侧泥皮和桩端沉渣,使其承载力不能得到充分发挥。国内外许多相关学者对这个问题进行了深入研究,常采取对钻孔灌注桩桩端和桩侧进行压力注浆,即后注浆技术,达到了提高桩的承载力并减少桩基沉降的目的。在参考相关文献的基础上,结合北京、上海、天津、武汉地区大量已有的后注浆工程实例,分析这四个地区及两类土质的持力层后注浆提高单桩承载力的幅度后,得出了后注浆提高承载力的大致范围,并分析了两类土质的持力层后注浆承载力提高幅度不同的原因。

1 后注浆的机理

在钻孔灌注桩的桩身混凝土达到一定强度后,通过预埋的注浆管,高压作用下将以水泥为主剂的浆液注入到桩端、桩侧一定范围的土层中去。注入浆液通过渗透、填充、置换、劈裂、压密及固结,或多种形式的综合作用,固化了桩端沉渣和桩侧泥皮,改善了桩端、桩侧一定范围土体的物理力学性质,使桩端阻力和桩侧阻力都有不同程度的提高,并且可以起到减少桩基沉降的作用。

2 工程实例分析

2.1 工程实例

以北京、天津、上海和武汉地区工程为例进行分析。

从表1可以看出北京地区地质条件比较好,地下20m以下主要是卵石和圆砾层为主,适宜采用后注浆提到承载力,采用桩端注浆单桩可以提高44%以上,有的还可达到100%以上,若采用桩端和桩侧注浆可以提高单桩承载力77%以上。

表1 北京地区工程实例Tab.1 The construction projects in Beijing

表2 天津地区工程实例Tab.2 The construction projects in Tianjin

表3 上海地区工程实例Tab.3 The construction projects in Shanghai

表4 武汉地区工程实例Tab.4 The construction projects in Wuhan

表5 四个地区后注浆单桩承载力提高范围Tab.5 The increasing range of the bearing capability of singe pile after grouting

从表2可以看出天津地区40m以下,以粉砂、粉质粘土为主,采用桩端后注浆可以提高单桩承载力20%以上,若桩端、桩侧联合注浆可以提高单桩承载力60%以上。

从表3可以看出上海地区40m以下也是以粉砂、粉细砂为主,桩端后注浆可以提高单桩承载力18%以上,情况好的话达到70%左右也是可能的,若采用桩端、桩侧联合注浆可以提高单桩承载力40%以上,提高150%左右也是可能的。

从表4可以看出武汉地区10～30m以粉细砂层为主,情况类似于天津和上海的土质,桩端注浆可以提高单桩承载力20%～50%,若桩端、桩侧联合注浆可以提高到40%以上。30m以下为卵石、砾石为主,为最适宜的桩端持力层,并有很好的可注性,仅桩端注浆可以提高单桩承载力30%～80%,若桩端、桩侧联合注浆可以提高单桩承载力70%以上,提高幅度高于30m以上的土质。

分析已有数据,并考虑安全储备,提出了4个地区仅桩端注浆和桩端、桩侧联合注浆单桩承载力提高范围。

2.2 对比分析

两类桩端持力层的对比:北京和武汉这类一般以卵砾石层为桩端持力层的地区,仅桩端后注浆能提高单桩承载力30%～70%,桩端、桩侧联合注浆提高单桩承载力60%～100%。

天津和上海这种一般以粉砂、粉细砂为桩端持力层的地区,仅桩端注浆提高单桩承载力15%～40%,若联合注浆提高约为60%或更高。

承载力提高幅度不同的原因:卵砾石层和粉土、粉细砂层相比,后注浆单桩承载力提高幅度较大的原因有:⑴从岩土介质可注性角度讲,在粉细砂为代表的细粒土中进行后注浆时,压入浆液主要是对桩端沉渣进行填充加固,浆液渗入率低,主要是劈裂注浆作用。而以卵砾石层为代表的粗粒土进行后注浆时,注入浆液除了对桩端沉渣进行填充加固外,其浆液渗入率高,浆液通过渗透、挤密、填充及固结作用,将桩端土和桩端一起形成带扩大头的整体,相当于增加了桩端进入持力层的深度和桩端受力面积,从而大幅度提高桩端阻力。从两者桩侧的渗入率角度考虑也是一样的,粗粒土与细粒土相比,粗粒土渗入率高,侧摩阻力提高幅度大,从而单桩提高幅度大于细粒土。⑵从注浆后两者形成的结石体角度考虑,粗粒土形成的结石体强度高于细粒土形成的结石体,结石体强度越高越有利于桩基承受荷载,粗粒土提高幅度大于细粒土。