后注浆灌注桩承载力试验及分析.pdf

第 2 6卷 2 01 2妊 第 2期 4月 岩土工程技术 Ge o t e c h n i c a l En g i n e e r i n g Te c h n i q u e Vo 1 2 6 No 2 Ap r，2 0 1 2 文章编号：1 0 0 7 2 9 9 3(2 0 1 2)0 2 0 0 9 4 0 4 后注浆灌注桩承载力试验及分析 江萍 陆文哲。(1 杭州市房屋安全鉴定事务管理中心，浙江杭州3 1 0 0 0 3；2 浙江省城乡规划设计研究院，浙江杭州3 1 0 0 0 7)【摘要】结合某后注浆工程，通过竖向静载试验对比，分析注浆与未注浆的钻孔灌注桩承载力性能及沉降规律，给同 类工程提供有益的参考。桩端后注浆不但提高桩端阻力，还使桩侧摩阻力提高，并降低桩的变形量。注浆压力是在一定范围 内变化的值，最大注浆压力随时间增大。桩间距较小或布桩集中的桩基应做现场试验确定注浆参数。【关键词】后注浆；静载试验；承载力；沉降；注浆压力；【中图分类号】TU 4 7 3 1 【文献标识码】A d o i：i 0 3 9 6 9 i i s s n i 0 0 7 2 9 9 3 2 0 1 2 0 2 0 1 0 Ex p e r i me nt a l An a l y s i s o n Be a r i ng Ca pa c i t y o f Po s t Gr o u t i n g S i mpl e x Pi l e J i a n g Pi n g Lu W e n z h e (1 Ha n g z h o u Ma n a g e me n t C e n t e r o f B u i l d i n g s S a f e t y Ap p r a i s a l，Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 3，C h in a；2 Z h a n g Ur b a n a n d R u r a l P l a n n i n g D e s i g n I n s t i t u t e Ha n g z h o u 3 1 0 0 0 7，Z h e j i a n g，C h i n a)A b s t r a c t B a s e d o n a p o s t-g r o u t i n g e n g i n e e r i n g a n d c o mp a r i s o n s o f s t a t i c l o a d i n g t e s t s(s o me i s p o s t-g r o u t e d a n d t h e o t h e r n o t)The a u t h o r a n a l y z e d t h e l a ws o f b e a r i n g c a p a c i t y a n d s e t t l e me n t，t h e n p r o v i d e d s o me b e n e f i c i a l r e f e r e n c e s t o s i mi l a r e n g i n e e r i n g P o s t g r o u t i n g c a n i n c r e a s e t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e s i d e a n d b o t t o m r e s i s t a n c e，d e c r e a s e s t h e s e t t l e me n t o f p i l e e f f e c t i v e l y Th e g r o u t i n g p r e s s u r e i s a c h a n g i n g v a l u e wi t h i n c e r t a i n l i mi t s，t h e ma x i mu m g r o u t i n g p r e s s u r e b e c o me g r e a t e r a s t i me c h a n g e s Th e p i l e s a r e h a r d e r p o s t-g r o u t e d a n d wi t h mo r e g r o u t i n g p r e s s u r e Th e p a r a me t e r o f t h e s e p i l e s s h o u l d b e e n s u r e d b y f i e l d e x p e r i me n t s K e y w o r d s p o s t-g r o u t i n g；s t a t i c l o a d t e s t；b e a r i n g c a p a c i t y；s e t t l e me n t；g r o u t i n g p r e s s u r e 0引 言 结合湖州某工程实例，描述后注浆灌注桩与未 注浆灌注桩的施工情况及静载荷试验，重点研究单 桩注浆量及注浆压力 的关系，研究在竖 向静载作用 下受力性能及沉降变化规律 J。1工 程概况 工程位于湖州市老城区中心位置，包括 1幢 2 6 层的高层办公楼、3幢高层住宅、4幢低层住宅，其 中 高层办公楼主体高度为 9 8 3 m，采用现浇钢筋混凝 土框架一 核心筒结构体系，带一层地下室，局部两层。场地各土层的物理力学参数参见表 1。根据地质报 告，原高层桩基采用直径 1 0 0 0 1 T i m的钻孔灌注桩，桩 端以中风化砂岩(1 0 3)层为基础持力层，有效桩长暂 定为 9 0 m，单桩竖 向承载力特征值为8 2 5 0 k N，待试 桩完成后，根据试桩结果进行调整。第一次试打桩时，钻孔灌注桩机械穿越 9层粉 质粘土夹碎石时比较困难，穿越到 1 0 1 层全风化砂 岩进展更加缓慢，桩基扭 力也在持续增大，噪音很 响。在穿过 9 层后，按照每小时 2 0 0 3 0 0 T ri m 的钻 孔进度达到设计要求进入 1 0 3层中风化砂岩时，整 个钻孔桩至少需要持续施工 3天左右。该试打桩结束后，考虑到单桩施工周期较长，钻 孔桩容易塌孔，成孔质量难 以保 证；单桩扭力较大，桩基机械损耗大；其次机械噪音扰民严重且持续；而 且施工周期 比预期增加很多，不可控因素较大。因 此，在当地有可靠经验的情况下，结合经济性、合理 性指标，选用直径为 1 0 0 0 mm 的桩端、桩侧复式后 注浆钻孔灌 注桩。采用后注浆灌注桩技术 可以固 结、填充、压密桩端及桩侧土体，固化桩端沉渣，改善 桩侧的桩土结合性能，并在桩端形成扩大头，能大大 作者简介：江萍，1 9 7 9 年生，女，浙江杭州人，工程师，从事建筑工程设计、鉴定、检测。杭州市房屋安全鉴定事务管理中 心。Ema i l：1 w z 6 6 6 6 1 6 3 c o m 江萍等：后注浆灌注桩承载力试验及分析 9 5 杂填土 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 粉土 粉土 粉土 粉质粘土 粉砂 粘土 粉砂 粉质粘土夹碎 石 全风化砂岩 强风化砂岩 中风化砂岩 3 3 2 2 7 2 O 5 0 5 6 0 3 4 1 2 7 2 2 1 9 0 26 2 7 7 5 1 1 7 2 6 5 2 7 1 6 9 1 8 5 2 6 4 2 7 2 2 4 2 7 O 3 3 9 2 7 2 2 5 1 4 O 4 1 4 8 2 6 5 3 1 8 4 2 O 2 4 2 7 5 4 5 4 4 8 4 2 1 6 2 6 9 5 2 2 5 7 2 1 3 9 2 6 5 6 6 8 7 1|2 9 3 2 6 5 7 8 5 8 O 7 1 1 9 2 6 5 8 4 8 8 9 0 8 7 9 9 2 8 6 O 0 5 3 0 1 4 7 0 1 2 9 0 1 4 2 0 4 O 0 1 5 O 0 8 7 0 8 O 0 1 8 O O 提高单桩竖 向承载力，减少基础沉 降_ 2 。2 注 浆压 力、注 浆量 的确 定 第二次 试 打桩 是 在 2 0 0 9年 1 1月 下 旬 开始 至 1 2月 底结 束，现 选取 第二 次试 打桩 中的 6根 桩，见表 2。桩端 以全风 化砂 岩(1 0 1)层 为 持力 层，有效桩长 暂定 为 7 5 m，单 桩竖 向承 载力 特征 值为 8 2 5 0 k N。单桩注浆量暂为 2 5 t，桩端 注浆 压力不 小 于 5 MP a(根 据施 工 情况，注 浆 压 力在 2 7 MP a 之 间)。2 1 单桩总注浆量 合理的注浆量是由桩端桩侧土层的性质、桩径、桩长、单桩承载力增幅、是否复式注浆、施工工艺和 设计要求等多种 因素决定的。根据表 l，本工程桩 端 l 0 1 层及第 9层土体可灌性较好，这 比较有利 于桩端及桩侧土体 固化。根据表 2，在选取 的六根 试桩中，单桩总注浆量都能达到设计要求，且每根桩 的单孔注浆量也能达到要求，随后随机选取三根桩 进行单桩竖向静载荷试验，注浆后灌注桩单桩承载 力能达到要求。该 6根试桩仅进行桩端后注浆，预 留的桩侧注浆管未开塞就能满足总注浆量及单桩承 载力要求，因此本工程根据试验选取仅桩端注浆总 量为 2 5 t 是可行的。2 2单桩 注浆 压 力 预埋的后注浆管 是 随钢筋笼 一起 下放 的，在 成桩一定时间后对注浆 管进 行开塞，并 向桩端 高 压注入水泥浆，这势必对 控制 注浆 的压 力值要 求 很 高。根据注浆压力、注 浆量在 不 同桩及 不 同时 间的记录(见表 2)，可以得 出以下结论：实际上 本 工程注浆压力是 随着 时 间在变化 的值，是不 可 能按设 计 要求 固定 在 一个 值 上 的。因此 一 开 始 就把注浆压 力 限定 在一 个 特定 值是 不完 全 正 确 的。注浆压力是在一 定范 围 内变化 的，如有 突 变，可能是压密注浆或劈裂注浆导致的l_ 8 。随 着桩端 土体 中的注 浆量 增加 及 浆液 的浓 度 的 提 高，土体 空 隙的 减少，注浆压 力 范 围的最 大注 浆 压力值 及桩 的开塞 压力 值是 随时 间在慢 慢 增 长 的，而且 同一 区域 的桩，注浆 压力 也是 一根 比一 根 大。在主楼核心筒 部位 下 的桩筏 基础，布 桩 间距较 周围框架柱下 的桩要 密很多，因此 注浆 压 力也是 中间桩较密部位 的大些。桩端后注浆，建议 以注浆量为主控因素(规范要 求在注浆压力超过限定值时注浆量不小于 7 5 )_ 9 J，注浆压力为辅助因素，并且记录好注浆量、注浆压力 随时间的变化情 况，这 对控 制成桩 质量 是非 常有 O O O O K 眦 。蛱 。9 6 岩土工程技术 2 0 1 2年第 2 期 益 的。3 静载荷试验分析 注浆施工过程 中，由于整个基础桩底注浆量较 大且桩间距基本 为 3 m，因此 周边 土体结构 已趋于 密实状态，注浆量达不到设计值或无法注浆(工程桩 合计 8 7 根，2 0 1 0 0 6 1 4 之前已注浆 5 3 根，其中 6 根 未注进浆；2 0 1 0 0 6 1 4之后注浆 3 4根，其中 2 2根未 注进浆)。参考省 内类似工程项 目，选择 4根桩做静 荷载试 验，分 别为一 根注浆 量达不 到设 计要求 的 A3 0(注浆水泥用量为 1 4 t)和两根未经桩端注浆 的 桩 A8 7、A4 9来测试 单桩 承载力。A3 0、A8 7、A4 9 试验结果均满足设计单桩极限承载力要求。现选取 2 0 0 9 年 1 2月 A7 6、A4 6、A1 5三根桩及 2 0 1 0年 8月 A8 7、A4 9、A3 0三根桩 的荷载一 沉 降关 系曲线进行分析(见图 1)，其 中A4 6、A4 9、A3 0三根 桩为核心筒下筏 板桩，A7 6、A8 7、A1 5为外 围框架 柱下承台桩。荷载 k N 0 3 0 0 4 9 5 0 6 6 O O 8 2 5 0 9 9 0 0l 1 5 5 01 3 2 0 01 4 8 5 01 6 5 0 0 图 1 桩荷载一 沉降曲线 A4 9 号桩累计沉降 _ A 4 6 号桩累计沉 降 u-女 A 8 7 号桩累计沉 降 A 3 0 号桩 累计沉 降 AI 5 号桩 累计沉 降 十 A7 6 号桩累计沉 降 3 1 单桩注浆量对单桩承载能力的影响分析 后注浆的计算分析是运用孔扩张理论进行的，但是实际情况 比较复杂，土层的性质、桩径、桩长、桩 间距、单桩承载力增 幅、是否复式注浆、施工工艺和 设计要求等多种 因素都对单桩 的总注浆量产生影 响，特别当桩总注浆量很难达到时，应通过经验公式 估算并结合现场试验来确定合理的注浆量。根据 图 l，后注浆能大大减少沉降量，但是 当注浆量达到一 定值后，(如 A3 0注浆水泥用量为 1 4 t)，再持续注 浆，对提高承载力和减少沉降的作用 已经不明显，因 此，后注浆总量有一个最优值。3 2 桩端沉降量分析 由图 1及 图 2可知，不 同的注浆 量下，桩端 沉 降量 区别较大，如未注浆 的 A8 7号桩是完全按 要 求注浆 的桩 的总沉 降量 的 3倍，是 A3 0号桩(注 浆水泥用量为 1 4 t)的 2倍。同为未注浆 的 A8 7 号桩(外 围框架柱下承 台桩)和 A4 9号桩(核 心筒 下筏 板桩)，由于周围 已注浆 的桩 的影响，两者 的 沉降量相差 4 0 。可 以说，桩端 后注浆 可以大大 减少桩沉降量，使桩底的沉渣及风化砂岩层得到 固化。同时桩 间距较 小或布桩集 中的桩 基，沉降 减 少更 明显。4 5 4 0 3 5 3 O 2 5 篷 2 0 1 5 1 O 0 5 0 注浆量 t 1 4 图 2 桩注浆量一沉降曲线 0 3 3 0 0 4 9 5 0 6 6 0 0 8 2 5 0 9 9 0 0 l l 5 5 0 l 3 2 0 0 1 4 8 5 0 1 6 5 0(荷载 k N 图 3 A 8 7号未注浆桩与注浆达标的桩沉降比值 与荷载关 系曲线 该 6根试桩，在荷 载较小 时，荷 载 沉 降 曲线 较 接近线 性关 系，随着 荷载 的增 加，沉 降增速 加 大，表现为非线性，这一现象未 注浆 的桩更 明显。根 据类 似工 程资料 及文 献，在 荷载加 载初期，桩 顶 产生 位移，此 时桩侧 摩 阻力不 断增 加，当荷 载 达 到一定 值 时，桩端 阻力发 挥作 用，桩端 才 开始 出现相对位移。对 比这 6根试桩 可 知(见 图 3)，在第 一级 加 载后，A8 7号未注浆桩 是注浆达标 的桩 的沉 降量 的 2 5倍左右，然后 该 比值 逐渐 加大，最 后 又趋 向于 3倍。说 明在加 载初期，桩上 端 的桩侧 摩阻 力先 发挥作用，同时后 注浆 的桩侧 摩 阻力 也先于 未 注浆 的桩发 回出来，因此桩端后 注浆技 术改善 了桩侧 土 的性质，提高 了桩侧 摩阻 力增大 了整 个桩 的承载力。随着荷载的加大，未注浆的桩沉降越来越大，进 O 加 如 柏 目u 澄 O m 加 量数蜉 江萍等：后注浆灌注桩承载力试验及分析 9 7 4结论 1)后注浆可以满足密度较高的城市中心区高层 建筑物承载力较大、沉降较小 的需求，特别适合本工 程的实际情况。对以全风化砂岩作为持力层 的钻孔 灌注桩进行后注浆可 以提高单桩 承载力，并大大降 低桩 的变形量。桩端后注浆不但提高桩端阻力，还 使桩侧摩阻力大大提高。2)注浆压力是在一个范围内变化 的值，最大注 浆压力随时问增大。3)未注浆的桩，桩侧摩阻力先 于后注浆的桩充 分发挥出来，桩端后注浆技术改善了桩侧土的性状，通过 固化桩侧土，达到增大桩侧摩阻力。4)采用后注浆技术的桩基，单桩承载力必须通 过静载荷试验确定，桩的后注浆压力、单桩最优注浆 总量、注浆时间都需要现场试验确定。5)桩间距较小或布桩集 中的桩基，注浆压力较 大，注浆量很难达到要求，需特别注意，建议单独做 现场试验。参考文献 1 张忠苗，张乾清 后注浆抗压桩受力性状的试验研究 E J 3 岩石力学与工程学报，2 0 0 9，2 8(3)：4 7 5 4 8 2 L 2 齐添，唐胡乐，刘干斌 持力层桩底后注浆优化效 果分析E J 3 地基基础工程，2 0 0 9，1 2(5)：4 8 5 1 3 中华人民共和国行业标准编写组 J GJ 2 0 0 8建筑桩基 技术规范E s 3 4 方鹏飞，姜珂，朱向荣，等 软土地区桩端后注浆 桩承载性状对比试验研究 J 工程地质学报，2 0 0 9，1 7(2)：2 8 0 2 8 3 L 5 肖坚，赵刚 后压浆提高钻孔灌注桩承载力的试 验研究 J 岩土工程技术，2 0 1 1，2 5(1)：1 0 1 2 6 屈妍 后注浆钻孔灌注桩的工程实例与探讨 J J 宁波大学学报(理工版)，2 0 0 9，2 2(2)：2 7 3 2 7 5 7 孙维君 9 0 m超深钻孔灌注桩及其桩端后注浆的施 工 J 建筑施工，2 0 0 9，3 1(5)：3 2 9 3 3 0 8 周东明 桩底后注浆技术在钻孔灌注桩 中的应用 L J 土工基础，2 0 0 9，2 3(2)：1 2 1 4 9 陈建华，胡诗国 桩底后注浆技术在卵石持力层中的 应用E J 3 浙江建筑，2 0 0 9，2 6(I)：3 7-3 8 E l o 3 许朝阳，吕国兵，孙炎 基于桩基后注浆分布效果 的承载力试验和分析E J 3 四川建筑科学研究，2 0 0 9，3 5(1)：1 4 7 1 5 1 收稿 日期：2 0 1 1 1 2 2 6