后压浆桥梁钻孔灌注桩静载试验研究

2020-11-30蒋晓磊

山西建筑 2020年23期

蒋晓磊

(山西路桥第六工程有限公司，山西晋中 030600)

0 引言

桥梁钻孔灌注桩施工过程中，由于清孔不彻底，桩基内部大量沉渣没有排出，会造成桩基泥皮过厚，桩侧阻力和桩基承载力降低。钻孔灌注桩施工采用泥浆护壁，如果清孔不彻底会在桩侧产生较厚的泥皮，在桩底产生较厚的沉渣。在桩基成型后，采用后压浆技术进行注浆，可加固地基土，提高桩侧阻力和桩基承载力。我国于20世纪90年代开始研究后压浆技术，并先后在桩底、桩侧压浆技术中取得了研究成果，并申请了专利。研究表明，地基土为砂石土加固效果明显高于细粒土，可提高单桩承载力大约40%～120%，减少桩基沉降约30%。另外，采用后压浆技术加固后，桩基不仅沉降量较小，而且整体沉降均匀。

采用后压浆技术对钻孔灌注桩进行加固处治，可大幅度提高桩侧阻力和桩端阻力，可明显提高承载力，降低桩基沉降。尤其是对于小直径、桩端为砂性土或砾石土的桩基础，不仅可以提高桩侧阻力，还可以有效加固桩底沉渣，加固持力层，甚至可以将摩擦桩转变为端承桩。通过在施工现场建立试验桩，分别对单桩承载力、桩侧阻力、桩端阻力等进行检测，与未采用后压浆加固处理的桩基进行对比分析，分析后压浆法对钻孔灌注桩的加固效果。

1 后压浆技术简介

1.1 基本概念

在钻孔灌注桩施工过程中，在钢筋笼上部预埋压浆管道和压浆阀，待成桩后为了加固桩侧、桩端的泥皮和地基土，通过压浆管道向地基中压入水泥浆液，固结土壤，达到提高桩侧阻力和桩基竖向承载力的一种施工技术。

1.2 后压浆技术力学作用机理

后注浆法是通过在钢筋笼上部布置两根注浆管，在桩基混凝土初凝(养生10 d～15 d)后使用清水开塞后将水泥浆液注入桩底砾石层。注浆初期，水泥浆液与砾石层土体和沉渣混合起压密作用，随着压浆量的增加，在桩底形成扩大头，桩底土体不断被压缩，改变了原有的固结状态。如果桩底砾石层较薄且渗透性差，在水泥浆液压力不断升高的作用下会产生劈裂注浆；如果砾石层渗透性较好，扩散半径会不断增大，注浆量也会不断增加，产生压密注浆。

在压浆过程中，在注浆压力的作用下水泥浆与地基土之间产生挤密、渗入、充填、劈裂等过程，在这个过程中注浆压力会发生变化，土体结构不断被压密、固结。但总的变化趋势是随着注浆量的增加，注浆压力不断增加，加固范围不断增大，地基土被加固。因此，后压浆技术通过注浆固结地基土，对桩侧泥皮进行加固，提高桩侧阻力，并随着浆液扩散半径的增加，持力层厚度增加，桩基竖向承载力提高。

2 依托项目概况

某高速公路特大桥全长3 425.7 m，桥面总宽度为42 m，分左右半幅。桥梁桩基础采用钻孔灌注桩，桩径采用1.5 m和1.8 m两种，桩基共计807根，桩长总计30 121 m。结合勘察设计结果，桩基土体为第四系松散碎屑堆积地层，其中上部土层主要为湿陷性黄土、亚黏土，下部土层主要为中细砂、砂砾石层，局部夹薄亚砂土层。整个施工区域地质情况基本类似，差异不大。

为检测桩基施工质量和后压浆施工效果，在施工现场建立试验区。试验区内设试桩6根，分为2组。试桩桩径为1.5 m，第1组试桩桩长为25 m，采用钻孔灌注桩施工，施工后采用后压浆技术加固；第2组试桩桩长为25 m，采用钻孔灌注桩，不进行后压浆技术加固。钢筋笼制作过程中，分别在桩侧布置1根压浆管，3根桩端压浆管。桩侧环向压浆阀安装在桩顶以下15 m位置，桩端压浆阀布设在钢筋笼底部10 cm以下。

3 桩基静载试验结果分析

3.1 单桩竖向极限承载力

单桩竖向极限承载力检测采用锚桩横梁反力装置，分别对试桩最大加载量、累计沉降量进行检测，并计算单桩竖向极限承载力，具体检测和计算结果如表1所示。

表1 单桩竖向极限承载力检测结果

根据检测结果，采用后压浆处治的桩基较没处理的钻孔灌注桩沉降量明显下降，下降幅度达到50%以上，且沉降稳定速度快，桩基承载力也得到了显著提高，提高幅度达到50%以上。

3.2 桩侧/桩端阻力

分别采用钢筋计法和滑动测微计法对经后压浆处治和未处理的桩基桩侧阻力和桩端阻力进行检测，并绘制桩侧/桩端阻力检测平均值与桩顶荷载之间的关系曲线如图1，图2所示。

分析图1，图2曲线变化趋势，采用后压浆处治的桩基桩端阻力明显提高，且当桩顶荷载达到最大值时，桩端阻力检测值接近桩顶荷载的1/2。后压浆处治后的桩基桩端阻力曲线斜率较大，说明桩端阻力增长速度较快。未处治的桩基桩端阻力较小，当桩顶荷载达到18 000 kN时，仅为4 100 kN；后压浆处治后，桩顶荷载达到26 000 kN时，桩端阻力达到13 000 kN左右，提高了44.4%，为最大荷载的1/2左右，大大提高了桩端荷载。

分析后压浆处治前后桩侧阻力的变化情况，未经后压浆技术处治的桩基桩侧阻力也有明显增加。处治后的桩基桩侧阻力变化曲线斜率增大，说明增长速度加快。另外，未经处治的桩基桩侧阻力最大值为9 000 kN左右，压浆处治后的桩侧阻力最大值为13 000 kN，均为最大桩顶荷载的1/2左右，但桩侧阻力值明显增大，提高了44.4%，说明压浆后对桩侧泥皮固结，桩侧阻力明显提高。

3.3 后压浆对灌注桩承载力影响分析

图3是后压浆处治试桩与未处治试桩静载试验沉降曲线。分析曲线可知，采用后压浆处理的试桩回弹率达到76.7%～86.2%，而未处治试桩回弹率仅为16.3%～20.9%，处治后桩基回弹率明显提高，说明回弹变形所占比例较高，可有效提高桩基承载力。分析沉降曲线变化情况可知，采用后压浆处治的钻孔灌注桩沉降较缓和，3个试桩沉降差距较小，稳定速度快。从沉降量变化上分析，后压浆处治后的桩基在同级荷载作用下，较未处治桩基沉降量可减少80%左右。说明后压浆技术可明显降低桩基沉降，有效提高桩基承载力。

结合表1数据，在地质条件相同的情况下，采用后压浆技术处治的单桩极限承载力较未处治桩基高8 000 kN左右。说明采用后压浆技术可提高单桩竖向抗压极限承载力达50%以上，桩长25 m的桩基承载力不低于26 000 kN，满足设计要求的不低于15 000 kN的要求。

未压浆桩基由于受到沉渣和持力层的影响，桩端阻力在沉渣固结，发生较大沉降后才发挥出来。而压浆后的桩体由于水泥浆液的作用使沉渣固结，并通过水泥浆液的扩散渗透作用对持力层进一步加固，地基承载力提高，因此沉降量降低，回弹变形变大。总之，通过分析施工现场检测数据，不同地质情况加固效果不同，其中中砂层桩侧阻力可提高10%，粗砂层可提高20%，桩端阻力可提高130%。后压浆处治后桩基承载力提高，说明后压浆技术加固效果明显，可有效提高桩端阻力、桩侧阻力和单桩承载力。