某滨海地区超长灌注桩后注浆桩基原位测试

罗先福，邓 安，何蕃民，李 艳

(中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610023)

0 前 言

钻孔灌注桩后注浆技术是在桩身达到一定强度后，通过预埋注浆管在桩身不同部位压入一定量的水泥浆液，水泥浆液对桩端沉渣、桩侧泥皮及桩周土体起到渗透、填充、劈裂、置换、压密及固结等不同作用，从而大幅度地提高桩的承载力。但如何保证超长大直径灌注桩在高含水量粉土-粉质黏土沉积地层中后注浆的效果是业内一大难题。

1 工程概况

某核电厂位于渤海湾附近，以滨海平原地貌为主，地形平坦，高程为-3～5.6 m。场地地层上部为第四系海陆交互相沉积层，主要为粉质黏土，局部为粉砂和粉土；下部为第四系中更新统玄武岩和沉火山角砾岩，再往下揭露新近系(N)黏土岩。

基础形式采用桩基础，桩径为Φ1 500-Φ1 000 mm，桩长最长约50 m，嵌入下部基岩，单桩承载力要求高达25 000 kN，采用后注浆工艺。为保证桩基工程的质量，进行试桩研究，试桩桩位布置见图1。采用旋挖成孔，泥浆护壁，护壁选定的水泥浆液配比为∶水灰比(W/C)∶0.65/1；膨润土用量∶1.5%；水玻璃掺量0.5%。注浆压力不超过2.5 MPa，一般控制在1～2.0 MPa。

图1 核岛区域试桩桩位布置图

2 现场原位测试布设

2.1 试验点位置

分别抽取进行单桩竖向承载力试验6根桩，桩侧阻力测试桩3根，单桩水平承载力试验3根，群桩水平承载力试验1组(3根桩)，见表1。

表1 测试桩及测试项目汇总

2.2 反力装置

单桩竖向抗压试验设计加荷5 000 t，采用锚桩反力装置，6根锚桩均入岩2.5 m。反力装置由2根主梁(长、宽、高分别为11、0.9、1.8 m)和3根副梁(长、宽、高分别为12、0.9、1.8 m)组成，副梁横搭在6个锚桩上，副梁与锚桩通过钢筋连接。水平加载试验由相邻桩施加反力进行加载，原状土水平静载试验最大荷载按180 t考虑，液化处理后地基水平静载试验最大荷载按270 t考虑。

2.3 加荷及观测系统

1)加荷系统：单桩竖向抗压静载试验加荷装置由12台QW630 t液压千斤顶并联、80 MPa大流量电动油泵站1台及配套油路组合而成。12台630 t千斤顶可以施加的最大荷载为：12×630×0.8=6 048 t(最大理论加荷的80%)，可以满足5 000 t的加荷要求。

桩侧土摩阻力试验时，预估最大加荷1 500 t，选用4台630 t千斤顶并联出力。

水平加载：采用320 t或630 t分离式双油路立卧两用油压千斤顶和高压油泵站施加水平力。

2)观测设备：荷载大小由压力传感器通过ST3000型桩基静载荷试验自动观测系统(安装现场见图2)自动控制；位移观测采用在桩顶附近对称安装的4个位移传感器通过ST3000桩基静载荷试验自动观测系统自动记录。在试验桩桩身埋设电阻应变式钢筋计及电应变仪测试桩身应力及桩侧摩阻力。

图2 试验加载系统现场安装

3 测试结果分析

3.1 桩身竖向承载力测试分析

竖向抗压试验最大加荷量50 000 kN，分15级等量加荷，每级荷载3 333 kN。加载过程中发现，桩顶未加桩帽的测试桩产生保护层开裂现象，而设置钢护筒桩帽的桩头完好(见图3)。对Z14、Z22、Z31三根测试桩进行桩身竖向承载力测试，三根桩的Q～s曲线比较接近直线，以Z14桩为例，从竖向抗压静载试验Q～s曲线图接近直线(如图4所示)。

图3 无桩帽、加桩帽的桩头破坏情况

图4 竖向抗压静载试验Q～s曲线(Z14桩)

从单桩竖向抗压静载试验结果看(见图5)，本次试验桩在最大荷载5 000 t作用下，桩身混凝土均未破坏，桩基持力层气孔状玄武岩均未出现破坏，桩顶沉降能够达到相对稳定标准，反映桩基竖向抗压承载力极限值可以达到5 000 t。反映出本次采用后注浆工艺的桩基完全能满足高承载力的要求。

图5 轴力分布图(Z14桩)

测试桩在不同荷载下的轴力分布均呈出同一规律，桩顶轴力最大，沿桩深度方向近似线性减小，表明桩侧土体产生了摩阻力作用，沿深度方向上逐步抵消了桩身轴力。随着荷载的变大，轴力分布曲线的斜率增大，表明上部荷载越大，桩侧土体的摩阻力作用发挥越大。

从测试结果分析，桩顶上部2 m范围内的桩侧阻力较小，不同深度的摩阻力因土层的差异发挥的大小不一，可塑黏性土层的摩阻力最大，粉土粉砂层次之，软塑黏性土最差，与勘察报告提出的指标较为吻合，见表2。从测试结果看，后注浆段的桩侧阻力得到较大的提高，提高比例达100%～400%。

3.2 桩身水平承载力测试分析

液化区域处理前后的实测单桩水平承载力对比如表3所示。对比试验结果，液化处理后的单桩水平承载力增大50%～60%，桩周水平抗力系数提高100%～130%，液化处理加固效果明显。

表3 地基土处理前后单桩水平承载力特征值及m值的对比

4 结 论

1)滨海软土地区经桩端、桩侧后注浆工艺处理后的桩基承载力可得到提高，能满足较高承载力的要求。桩身下部后注浆段的侧阻力及端阻力提高100%～400%。

2)在桩基上部加载初期，荷载主要由桩侧阻力承担，加载完成后桩身承载力主要由桩端承担荷载，受力模式最终呈现为端承摩擦桩，桩端承担荷比例为50%～80%。

3)桩顶2 m范围内的土层因施工扰动使其摩阻力减弱，施工时应加强保护。桩身承载力计算时，应对桩顶2 m范围内的土层摩阻力进行折减。

4)通过振冲桩液化处理后，桩身的水平承载力可提高50%～60%，桩周土水平抗力系数可提高100%～130%。

5)桩顶以下1/2桩长范围内为主要受弯矩范围，桩基设计时应加强该段的抗弯配筋设计。

[ID:012775]