后压浆钻孔灌注桩在太原某项目中的应用探讨

江志安 王承敏

(中国水电基础局有限公司，天津 301700)

0 引言

由于钻孔灌注桩施工过程中采用泥浆护壁以及存在清孔不彻底的固有缺陷，孔壁泥皮以及孔底淤积的存在使得钻孔灌注桩桩侧摩阻力及桩端阻力未能充分发挥。为弥补施工工艺存在的不足，后压浆技术得到了广泛的推广应用，通过大量的工程实践证明，后压浆技术对提高灌注桩单桩承载能力有显著效果。目前后压浆的理论研究仍不尽完善［1，2］，对桩基后注浆效果的检验仍以单桩竖向静载荷试验最接近桩体实际受力状况。文献［3］～［5］通过对静载荷试验结果的分析表明，后注浆技术不仅能提高桩基承载能力和减少沉降，同时能改善桩基承载性状，但不同的土层后注浆技术对单桩承载力提高的幅度以及荷载传递机理不尽相同。钻孔灌注桩后注浆技术在全国好多地方都得到了成功的应用，但在山西地区却鲜有先例，本文所列工程对该技术在该地区的应用有很强的指导意义。

1 场地工程地质及试桩概况

1.1 场地土层特征

工程场地位于太原市长治路东侧，王村南街南侧，体育西路西侧。拟建场地整平标高为782.0 m，拟建住宅楼基础埋深为17.0 m，基底标高为765.0 m。基础形式为桩筏基础。根据本工程勘察揭露的地层情况，结合区域地质资料综合分析，勘察深度范围内地基土沉积时代及成因类型自上而下依次为:第四系人工堆积层，以第①层素填土层底为底界;第四系全新统冲洪积层，以第⑤层粉土层底为底界;第四系上更新统冲洪积层，以第⑧层细中砂层底为底界;第四系中更新统河湖相堆积层，本次勘察未揭穿。岩性以人工填土、粉土、粉质粘土、细中砂、中粗砂、粗砾砂为主。试桩桩身有效桩长范围内土层的物理力学参数见表1。

表1 地层物理力学参数

1.2 试桩设计参数

试桩共3根，编号分别为SZ1，SZ2，SZ3，试桩采用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩顶高程为766.25 m，桩底高程为745.25 m，桩径为700 mm，设计试桩有效桩长为21.0 m，灌注桩混凝土强度等级为C35(水下)，试桩单桩竖向抗压承载力极限值为5 200 kN;灌注桩后压浆采用桩端、桩侧复式注浆工艺，桩底压力灌浆工艺采用桩底设置柔性注浆腔(即胶囊式注浆腔)的闭式灌浆工艺，注浆腔胶囊φ700 mm，内装满1 cm～3 cm的河卵石。桩端压力注浆水泥浆的水泥标号不小于42.5级，水灰比为0.6，桩端注浆水泥量1 500 kg，注浆压力根据土层性质及注浆点深度确定，为1.2 MPa～4.0 MPa;桩侧注浆一道，距桩底10 m设置，桩侧注浆量1 000 kg。各层土的桩的极限侧阻力标准值及极限端阻力设计标准值见表2，桩底注浆按照如下标准控制:

表2 钻孔灌注桩极限侧阻力与极限端阻力设计标准值表

1)注浆总量和注浆压力均达到设计要求;2)注浆总量已达到设计值的75%，且注浆压力超过设计值;3)桩体上抬量控制:桩体上抬量超过3 mm时停止注浆。

2 桩基承载力估算

2.1 不考虑后注浆桩基承载力估算值

依据规范［6］中土的物理性质指标与承载力参数之间的经验关系，确定单桩竖向极限承载力标准值时，按照式(1)估算:

其中，Qsk为总极限侧阻力标准值;Qpk为总极限端阻力标准值;u为桩身周长;qsik为第i层土的极限侧阻力标准值;li为桩周第i层土的厚度;qpk为极限端阻力标准值;Ap为桩端面积。

依据表2钻孔灌注桩极限侧阻力与极限端阻力设计标准值，计算得到不考虑后注浆工况下桩基承载力估算值为3 600 kN。

2.2 考虑后注浆桩基承载力估算值

依据规范［6］后注浆单桩竖向极限承载力标准值可按照式(2)估算:

其中，Qsk为后注浆非竖向增强段的总极限侧阻力标准值;Qgsk为后注浆非竖向增强段第j层土厚度的总极限侧阻力标准值;Qgpk为后注浆总极限端阻力标准值;u为桩身周长;lj为后注浆非竖向增强段第j层土的厚度;lgi为后注浆竖向增强段第i层土的厚度;qsik，qsjk，qpk分别为后注浆竖向增强段第i层土的初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值;βsi，βp分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数。

依据表2钻孔灌注桩极限侧阻力、极限端阻力设计标准值及侧阻力、端阻力增强系数计算得到考虑后注浆工况下桩基极限承载力估算值为5 660 kN。

3 试桩静载荷试验

3.1 试桩低应变动力检测

为了确定试桩桩身完整性性状，确保试桩竖向抗压静载荷试验的顺利进行，在对试桩实施静载荷试验之前，依据相关检测技术规程采用反射波法检测桩身完整性。通过对测试结果的分析得出，所检测的3根钢筋混凝土灌注桩(试桩)均为Ⅰ类完整桩。

3.2 静载试验方法

本试验采用慢速维持荷载法，采用压重平台为反力装置，用两台630 t油压千斤顶加载，采用精度为JCQ-503B全自动无线测控静力载荷试验仪控制压力以及进行沉降观测。根据设计要求，试桩加载的最大试验荷载为5 200 kN，加荷级数为9级，每级加载为520 kN，其中首次加载为分级荷载的2倍。每级卸载值为每级加载值的2倍，即为1 040 kN，每级卸载后隔15 min测读一次残余沉降，读两次后，隔30 min再读一次，即可卸下一级荷载，全部卸载后隔3 h～4 h再读一次。具体分级加荷量如表3所示。

表3 分级加荷量

3.3 试验终止条件

1)某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍;2)某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍，且24 h尚未达到稳定标准;3)已达到设计要求的最大加载量;4)当荷载—沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量40 mm。

4 试验结果及分析

4.1 荷载—沉降结果

三组试桩的荷载—沉降图见图1～图6。

图1 SZ1 Q—S曲线

图2 SZ1 S—lgt曲线

4.2 试验结果分析

从以上3组试桩的静载荷试验曲线可以看出，在加荷范围内，Q—S曲线未出现陡降段，S—lgt曲线也未出现明显的向下弯曲，3组试桩中最大竖向累计最终沉降量为23.1 mm，最小沉降量为4.15 mm，且最终沉降量均远远小于 40 mm，因此，按照JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范，SZ1，SZ2，SZ3的单桩竖向承载力极限值不小于5 200 kN。

5 结论与展望

通过对比3组试桩现场静载荷试验结果与根据规范推荐公式计算得到承载力估算值，得到如下结论:

1)桩端桩侧联合后注浆技术对泥浆护壁成孔灌注桩可以有效提高单桩承载力和降低沉降量，对比静载试验得出的后压浆单桩承载力极限值与按照桩基规范计算得到的非后压浆工况下的估算值可以发现，极限承载力比非后压浆灌注桩至少提高了约44%。

图3 SZ2 Q—S曲线

图4 SZ2 S—lgt曲线

图5 SZ3 Q—S曲线

图6 SZ3 S—lgt曲线

2)通过后注浆技术提高单桩极限承载力，避免了为达到设计承载力而增大桩径或增加桩长，降低了工程造价，取得了良好的经济、社会效益。

桩端后压浆技术发展到今天，在具体的工程设计与施工中仍然是一项理论落后于实践的工艺，在国内依然处在探索阶段，尤其是计算方法仍不完善，理论研究与工程实践的结合还不够紧密。钻孔灌注桩后注浆技术可以从以下几个方面进行更深入研究:

1)目前，不同类型结构桩基设计计算公式和参数的选取仍然是建立在经验基础上的经验公式，经验公式存在一定的局限性，因此，理论分析方法需要进一步的修正完善;

2)我国幅员辽阔，岩土工程有较强的地域性，应区别不同的岩土工程条件，逐步形成在一定地域内普遍适用技术规程，用以指导工程设计与施工;

3)后注浆对桩基承载力的贡献关键就在于水泥浆液对桩底沉渣及桩周土体物理力学性能的改善，因此，采用理论和原位试验相结合的方法进行深入研究很有必要，明确后注浆工艺可提高桩基承载力的作用机理，并建立符合工程实际的定量化的表达式。

［1］张忠苗，吴世明，包 风.钻孔灌注桩桩底后注浆机理与应用研究［J］.岩土工程学报，1999，21(6):681-686.

［2］胡春林，赵 勤.钻孔灌注桩后压浆增强机理分析［J］.武汉工业大学学报，1999，21(sup):72-74.

［3］黄生根，龚维明.钻孔灌注桩压浆后的承载性能研究［J］.岩土力学，2004，25(8):1315-1319.

［4］张忠苗，张乾青.后注浆抗压桩受力性状的试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2009，28(3):475-482.

［5］黄生根，张晓炜.后压浆钻孔灌注桩的荷载传递机理研究［J］.岩土力学，2004，25(2):251-254.

［6］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［7］梁爱英，汪恩福.后压浆钻孔灌注桩在豫西地区的应用［J］.山西建筑，2013，39(3):77-78.