钻孔灌注桩注浆群桩的承载力分析

摘 要：工程中对桩端注浆后钻孔灌注桩承载力实验往往是做单桩竖向承载力的静载荷实验，得到的实验数据是单桩的承载力，但是在设计时经常按照群桩注浆设计，而注浆群桩和注浆单桩承载的受力机理是有所不同。本文通过有限元软件分析不同桩端土模量、不同桩间距大小和不同浆泡尺寸对注浆群桩的承载力的影响分析，得出一些结论。

关键词：注浆；群桩；承载力

Abstract： This project after grouting Bored pile bearing capacity test is often done vertical bearing capacity of static load test， the experimental data is pile bearing capacity， but often follow in the design of pile groups grouting design， stress mechanism and grouting pile grouting pile group is carrying different. Effects of different soil modulus pile end， pile spacing different sizes and different grouting slurry bubble size on the bearing capacity of pile group analysis， draw some conclusions in this article by the finite element analysis software.

Key words： grouting； pile group； Carrying Capacity

0.引言

在工程中，钻孔灌注桩由于其优点而得到广泛发展，但是由于其存在侧壁泥浆护臂而存在泥皮效应和桩端存在沉渣问题而降低了该桩型的承载力，上个世纪60年代以来， 桩端和桩侧注浆能够克服灌注桩的上述缺点而得到了广泛应用，但是由于工程中往往使用群桩作为基础承受上部荷载，但是关于注浆群桩的实验和理论资料非常少，原位测试中做的静载荷试验也都是单桩实验，但是单桩和群桩存在很多不同的问题，拿着单桩载荷试验的结论套用在群桩上显然缺乏说服力，因此，本为用有限元软件分析探讨注浆群桩的受力机理，取得一些结论。

1.有限元模型的建立

本文有限元分析的计算参数及模型。桩、土、垫层及承台均采用节点SOLID42单元；网格由程序自动完成，在桩顶和桩端进行网格加密；计算域水平方向从荷载板边缘延伸一倍荷载板宽度，竖向方向计算至桩端一倍桩长。边界条件为：两侧边均无水平位移，底边完全固定。计算采用的各材料的力学参数见表1，对某些参数影响作用进行分析时，它的取值有所变化。

由于实际工程比较复杂，有限元模型不可能将实际情况全面考虑，因此，为使问题简化，在有限元计算中做如下假定：

①同一种材料具均质、各向同性性；

②土体界面及承台与垫层之间均无相对滑移；

③把地基土只划分为一个土层。

④桩间土体和垫层为连续的弹塑性体，符合Drucker-Prager模型；

⑤ 桩体和基础均为线弹性体。

注浆群的桩长取30米，桩径取0.8米。建立有限模型与实际工程中注浆单桩进行了对比分析，得到的结论是该模型中所提供的参数基本上是符合该工程的实际工程地质条件。

2.桩端土模量的变化对桩的承载力影响

通过图1分析所得：在其他情况不变：桩长不变、桩径不变、桩端注浆的浆泡尺寸和模量不变的情况下，只是改变桩端土的模量，桩端模量由5map到20mpa，（实际上就是桩端采用工程性质不同的土做持力层。）从图中可知，随着桩端土模量的增加，注浆群桩的承载力逐渐增大，而且模量越大，承载力增加的效果越明显，这主要是随着桩端土模量的增加，桩端土的性质得以改善，桩端土的抗剪强度增加的缘故。

3.桩间距对的桩承载力影响

从图2中可知，其他条件不变，只是改变桩与桩之间的距离，桩的间距取4d、5d和6d，随着桩间距的增加，桩的承载力增加，主要是桩间距增加，群桩效应减小，这样群桩中的基桩承载力增大的缘故，但是通过图中可知注浆群桩承载力增加的幅度不是很明显，主要是因为桩端注浆群桩，桩端浆泡尺寸一定的情况下，间距增大，浆泡在桩端无法连成一片，浆泡间的土在注浆时受到浆泡的挤密效果也不是很好，其工程性质较差，在受到上部荷载的作用下，桩端剪切破坏可能就从这个薄弱的地方破坏，导致整个桩的承载力的降低，这一点和未注浆群桩的受力是完全不同，未注浆群桩中随着桩间距的增加，群桩效应减小，桩与桩之间的影响减小，基桩的承载力增加，桩间距越大，这种效果越明显，但是注浆群桩间距增大，群桩效应减小，但浆泡联系减小，承载力反倒不是很高。因此，注浆群桩的间距和浆泡大小应取一个最佳值，而不能套用《建筑桩基技术规范》中的桩的间距值。

4.桩端注浆尺寸大小对桩的承载力的影响

从图3中可知，在桩端没有注浆时，群桩的承载力较低，将樁端注浆后桩的承载力提高明显，而且随着浆泡尺寸的增加，桩的承载力逐渐增加，且增大幅度较大，这主要是因为随着浆泡尺寸的增加，从一方面讲，增加了桩端的尺寸，相当于在桩端形成了一个扩大头，这样能够增加桩的承载力，从另一方面讲，在桩端形成浆泡时，利用高压将水泥浆液压入桩端土中，压浆压力一般为几兆帕，这样大的压力下，桩端附近周围土体虽然可能没有被注入浆体，但是土体被挤密，改善其工程性质，土的工程性质较未注浆时的性质要好，在群桩中，浆泡尺寸增大，在桩端底部浆泡近似形成一个承台，这样就在桩端形成一个良好的受力环境，增大了桩的承载力。

5.结论

通过上述对注浆群桩桩端土模量、桩间距、浆泡尺寸不同的分析得出以下结论：

1）桩端土模量对桩承载力的提高起到至关重要的作用，桩端土模量大则桩的承载力大。

2）随着桩间距的增加，其他条件一定，随着桩间距的增加，群桩效应减小，群桩承载力有提高的趋势，但是承载力提高幅度不是很大。主要是因为虽然群桩效应减小，但同时浆泡间的联系也减小。

3）其他条件不变，随着桩端注浆浆泡的尺寸增加，桩的承载力增加。

综上所述几点，对于群桩的承载力有较大影响，由于注浆是一个比较复杂的问题，许多问题还需进一步的研究。

参考文献

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【文章编号】1627-6868（2017）05-0010-02

【作者简介】王艳丽（1982-），女，工程师，长期从事岩土工程勘察和设计工作。吴斌（1979-），男，浙江义乌人，工程师，长期从事岩土工程勘察和设计工作。