钻孔灌注桩后压浆提高单桩竖向承载力试验研究

□文/李孟臣

钻孔灌注桩后压浆提高单桩竖向承载力试验研究

□文/李孟臣

文章从西站交通枢纽南广场地下工程钻孔灌注桩后压浆前后的低应变检测曲线和静载荷试验（抗压、抗拔）结果，分析论证了后压浆工艺改善灌注桩桩端持力层和桩周土体的力学性能以及荷载传递性能，使灌注桩的综合承载力得到大幅度提高。

钻孔灌注桩；后压浆；承载力

当前，钻孔灌注桩在应用过程中有2方面问题引起了业界广泛关注：一是桩底的沉碴降低了桩基的单桩承载力；另一个是如何在保持灌注桩技术参数不变的情况下，大幅度提高钻孔灌注桩的单桩承载力。

实践证明，后压浆技术对提高钻孔灌注桩桩端承载力和侧阻力，改善灌注桩荷载传递性能，提高桩基综合承载力均起到了非常关键的作用。

1 工程概况

天津西站交通枢纽南广场地下工程总建筑面积约7.6万m2，共分3层。地下1层为地下停车场与公共换乘区，基坑开挖深度为10m；地下2层为地6号线站台层，基坑挖深19～21m；地下3层为地铁4号线站台层，基坑挖深约29m。南广场地下工程采用钻孔灌注桩基础并对灌注桩进行后压浆处理，主要桩型的桩径为800mm、桩长为 18m。

场地地质情况自上而下依次为人工填土层、全新统新近沉积层、全新统上组陆相冲积层，全新统中组海相沉积层，全新统下组陆相冲积层、上更新统第五组陆相冲积层。

场内地下水可划分为潜水层和微承压水层。潜水层主要为全新统中组海相沉积层砂性大粉质粘土，厚度为7.80～8.90m，静止水位埋深0.60～1.50m；微承压含水层主要为全新统下组陆相冲积层下部粉土、上更新统第五组陆相冲积层粉土和粉砂层，含水层厚度为 1.50～4.50m。

2 桩基试验检测情况

为验证后压浆对灌注桩承载力的提升作用，在后压浆前后分别进行了低应变桩身完整性检测和静载荷试验（竖向抗压、竖向抗拔）。

2.1 后压浆前的桩基检测情况

后压浆前对静载荷试桩进行了低应变检测，现选取有代表性的曲线，见图1。

SZH2、SZH3为抗压静载荷试桩，SZH10、SZH13为抗拔静载荷试桩，低应变检测曲线桩底反射均明显提前，波速偏高，说明桩底沉渣较厚。这4根桩的静载荷试验Q-S曲线见图2。

由图2看出，SZH2加载至4030kN时，曲线出现了明显的向下弯曲，根据检测规范，其单桩竖向抗压极限承载力取前一级载荷为3720kN；SZH3加载至3720kN时，曲线出现了明显的向下弯曲，根据检测规范，其单桩竖向抗压极限承载力取前一级载荷为3410kN；SZH10加载至2600kN时，曲线出现了明显的向上弯曲，根据检测规范，其单桩竖向抗拔极限承载力取前一级载荷为2340kN；SZH13加载至2340kN时，曲线出现了明显的向上弯曲，根据检测规范，其单桩竖向抗拔极限承载力取前一级载荷为2080kN。

2.2 后压浆后的桩基检测情况

后压浆后的低应变检测曲线见图3。

由图3看出，后压浆对桩底沉渣有明显改善，浆液的渗入使桩周土体形成更坚实的结构并且桩端形成一定的扩大头。后压浆后的静载荷Q-S曲线见图4。

由图4看出，SZH2加载至4650kN时，曲线未见明显的向下弯曲，最终沉降量仅为9.27mm，卸载至0时，残余变形量为3.84mm，回弹率58.6%，该桩单桩竖向抗压极限承载力≮4650kN；SZH3加载至4650kN时，曲线未见明显的向下弯曲，最终变形量为19.80mm，卸载至0时，残余变形量为9.05mm，回弹率54.3%，该桩单桩竖向抗压极限承载力≮4650kN；SZH10加载至3380 kN时，曲线出现了明显的向上弯曲，按照检测规范，其单桩竖向抗拔极限承载力取前一级载荷为3120kN；SZH13加载至3120kN时，曲线出现了明显的向上弯曲，按照检测规范，其单桩竖向抗拔极限承载力取前一级载荷为2860kN。

3 试验检测结果分析

试验结果表明，采用后压浆的灌注桩桩端、桩身及周围土体综合效应使其承载力得到大幅度的加强，其作用机理及作用过程如下。

1）灌注桩承载力降低原因。灌注桩成孔对桩周和桩底土的扰动降低了土体强度；灌注桩水下作业使桩周及桩端土体遇水软化，土的强度急剧下降；灌注桩成孔过程中产生的桩周泥皮如同桩与土体之间加上润滑剂大大降低了桩侧摩阻力。土体扰动、桩底沉碴严重影响了灌注桩承载力的发挥。灌注桩施工中存在的土体扰动、桩底沉碴和桩周泥皮，一方面对灌注桩承载力产生负面影响，另一方面正是这些薄弱面的存在才使得其具有可灌性。

2）改善持力层、提高端承力。桩端注浆使浆液在高压作用下对沉碴及桩周土劈裂、渗扩、填充、压密、固结等作用使桩端持力层在一定范围内形成浆液和土的结石体，从而改善持力层的物理力学性能，消除了沉碴对端承力发挥的不良影响。

3）大幅提高桩侧摩阻力。桩端注浆在高压作用下，浆液沿桩土界面上浸，通过渗扩、填充、胶结综合作用，对桩周泥皮置换，使桩与泥皮及土层胶结成整体并在桩周形成脉状结石体，如同树根植入土中。注浆不仅可以完全消除桩周泥皮对桩侧摩阻力的负面影响，而且注浆胶结体在置换桩周泥皮同时还挤占桩周部分原状土，增大了桩的平面几何尺寸，从而使桩侧摩阻力大幅度提高。

4）改善持力层受力状态和荷载传递性能。桩端注浆在高压浆液作用下通过劈裂、渗扩、挤密和胶结使桩端附近土层产生较大的压缩变形形成桩端扩大头，增大了桩端受力面积，改善了其受力状态。桩底沉碴在浆液置换、渗扩、填充、压密、固结作用下，使其压缩变形提前完成，减少了桩在荷载作用下的竖向变形，使桩端承载力得以充分发挥。

4 结语

钻孔灌注桩经压力注浆后，明显改善了灌注桩桩端持力层和桩周土体的力学性能，提高了桩端承载力和侧阻力，极大地改善了灌注桩荷载传递性能，使灌注桩的综合承载力得到大幅度提高，其单桩极限承载力可提高25%～40%。为此，工程设计根据灌注桩压力注浆前后荷载试验检测情况，对南广场地下工程桩基础从数量、桩长等方面进行了优化，不仅节约工程造价，而且综短了工期。

TU473.1

C

1008-3197（2011）03-22-03

2011-04-07

李孟臣/男，1966年出生，工程师，天津城投建设有限公司，从事工程技术管理工作。