淺談后壓漿提高鉆孔灌注樁承載力的試驗(yàn)研究

張艷琳1

（1.陜西省建筑科學(xué)研究院，地基基礎(chǔ)研究所 西安710082）

 一、引 言

    采用后壓漿技術(shù)改善灌注樁樁底沉渣和樁側(cè)泥皮的固有缺陷，一直是學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。其基本原理是在控制成孔泥漿比重和沉渣厚度的同時(shí)，通過(guò)預(yù)置的壓漿管向樁底、樁側(cè)壓入一定量的水泥漿液，固結(jié)樁底沉淤物和樁側(cè)泥皮，增強(qiáng)樁底樁周土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，從而提高樁的承載力，并改善樁的變形特性。

    西安驪山汽車座椅廠G01#高層住宅樓,采用泥漿護(hù)壁鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基所的專利技術(shù)——樁底、樁側(cè)后壓漿工藝改善成樁質(zhì)量，提高樁基承載力，減少樁基沉降。本文結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)后壓漿技術(shù)在該工程中的應(yīng)用效果及壓漿提高鉆孔灌注樁承載力的作用機(jī)理進(jìn)行了初步的分析評(píng)估。

二、工程地質(zhì)概況

    勘察資料表明，本工程場(chǎng)地貌單元屬皂河?xùn)|岸II級(jí)階地。在勘探深度65.00m范圍內(nèi)，在垂直方向上形成多次沉積韻律，按土層的物理力學(xué)性質(zhì)及工程特性可劃分為12層。

    1.雜填土(Qml)①：褐色，主要由粘性土、磚瓦碎塊、煤灰碴等組成。土質(zhì)不均勻且松散。該土層分布連續(xù)，層厚為0.50~1.80m，層底埋深為0.50~1.80m，層底標(biāo)高介于394.44~396.02m之間。

    2.黃土(Q32eol)②：黃褐色，稍濕。硬塑~可塑。可見大孔及針狀孔，見植物根系，偶見蝸牛殼碎片，土質(zhì)較均勻。該土層分布連續(xù)，層厚為4.10~8.00m，層底埋深為5.50~8.50m，層底標(biāo)高介于388.02~391.22m之間。

    3.黃土(Q32eol)③：褐黃色，稍濕~濕。硬塑~可塑。可見大孔及針狀孔，見植物根系，偶見蝸牛殼碎片，底部可見白色鈣質(zhì)薄膜。土質(zhì)較均勻。該土層分布連續(xù)，層厚為3.50~9.20m，層底埋深為11.70~14.70m，層底標(biāo)高介于381.67~384.52m之間。

    4.古土壤(Q31el)④：褐紅色，稍濕~濕。硬塑~可塑。可見大孔及針狀孔，含鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核。底部鈣質(zhì)結(jié)核含量較多。該土層分布連續(xù)，層厚為1.70~5.00m，層底埋深為16.40~17.50m，層底標(biāo)高介于378.94~379.97m之間。

    5.粉質(zhì)粘土(Q31al+pl)⑤：褐黃色，濕~飽和。硬塑~可塑，局部軟塑、流塑。可見針狀孔，少見大孔。偶見蝸牛殼碎片及白色鈣質(zhì)薄膜，含少量鈣質(zhì)結(jié)核。土質(zhì)不均勻。該土層分布連續(xù)，層厚為8.50~13.00m，層底埋深為25.80~29.50m，層底標(biāo)高介于366.23~370.44m之間。

    亞層中砂⑤-1：灰黃色，飽和，密實(shí)。長(zhǎng)石~石英質(zhì)，混粒結(jié)構(gòu)，砂質(zhì)不純，局部夾粘性土。該亞層以?shī)A層或透鏡體形式分布于⑤層粉質(zhì)粘土中。該亞層分布較連續(xù)，厚度為0.50~1.60m。

    6.中砂(Q31al+pl)⑥：灰黃色，飽和，密實(shí)。長(zhǎng)石~石英質(zhì)，混粒結(jié)構(gòu)，砂質(zhì)不純，局部夾粘性土。該土層分布連續(xù)，層厚為3.40~7.20m，層底埋深為32.30~34.30m，層底標(biāo)高介于362.29~364.12m之間。

    7.粉質(zhì)粘土(Q31al+pl)⑦：灰~灰黃色，飽和，可塑。見氧化鐵錳質(zhì)條紋、云母及蝸牛殼碎片，偶見零星鈣質(zhì)結(jié)核。土質(zhì)較均勻。該層土分布連續(xù)，層厚為2.10~7.40m，層底埋深為36.40~40.60m，層底標(biāo)高介于355.63~359.65m之間。

    亞層中砂⑦-1：灰黃色，飽和，密實(shí)。長(zhǎng)石~石英質(zhì)，混粒結(jié)構(gòu)，砂質(zhì)不純，局部夾粘性土。該亞層以?shī)A層或透鏡體形式分布于⑦層粉質(zhì)粘土中。厚度為0.60~1.20m。

    8.中砂(Q31al+pl)⑧：灰黃色，飽和，密實(shí)。長(zhǎng)石~石英質(zhì)，混粒結(jié)構(gòu)，砂質(zhì)不純，局部夾粘性土。該層土分布連續(xù)，層厚為1.00~4.00m，層底埋深為38.40~41.60m，層底標(biāo)高介于354.63~357.59m之間。

    亞層粉質(zhì)粘土⑧-1：灰，飽和，可塑。見云母及蝸牛殼碎片，偶見零星鈣質(zhì)結(jié)核。該亞層以透鏡體形式分布于⑧層中砂中。厚度為0.60m。

    9.粉質(zhì)粘土(Q31al+pl)⑨：灰~灰黃色，飽和，可塑，見氧化鐵錳質(zhì)斑紋、云母及蝸牛殼碎片，偶見零星鈣質(zhì)結(jié)核。土質(zhì)較均勻。該層土分布連續(xù)，層厚1.20~2.70m，層底深度41.10~43.30m，層底標(biāo)高介于353.42~354.89m之間。

    10.中砂(Q31al+pl)⑩：灰黃色，飽和，密實(shí)。長(zhǎng)石~石英質(zhì)，混粒結(jié)構(gòu)，砂質(zhì)較純，局部夾少許粘性土。該層土分布連續(xù)，成層厚度較大。層厚為6.40~8.90m，層底埋深為49.20~51.30m，層底標(biāo)高介于345.22~347.25m之間。

    11.粉質(zhì)粘土(Q31al+pl)⑾：灰~灰黃色，飽和，硬塑~可塑。見氧化鐵錳質(zhì)斑紋、云母及蝸牛殼碎片，偶見零星鈣質(zhì)結(jié)核，局部為粘土。土質(zhì)較均勻。該層土分布基本連續(xù)，厚度為1.60~3.50m，層底埋深為50.90~54.80m，層底標(biāo)高介于341.72~345.47m之間。

    12.中砂(Q31al+pl)⑿：灰黃色，飽和，密實(shí)。長(zhǎng)石~石英質(zhì)，混粒結(jié)構(gòu)，砂質(zhì)較純，局部夾少許粘性土。該層土分布連續(xù)，成層厚度較大。該層未穿透，最大揭露厚度為13.70m。

    亞層粉質(zhì)粘土：灰~灰黃色，飽和，可塑。見云母及蝸牛殼碎片，偶見零星鈣質(zhì)結(jié)核。該亞層以薄夾層或透鏡體形式分布于⑿層中砂中。最大揭露厚度為3.30m。

    擬建場(chǎng)地屬可進(jìn)行建設(shè)的一般場(chǎng)地，建筑場(chǎng)地類別為II類。場(chǎng)地屬非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為I級(jí)(輕微)。

表1 地質(zhì)剖面及主要土性指標(biāo)

三、灌注樁設(shè)計(jì)

   根據(jù)建筑荷載分布情況和設(shè)計(jì)要求，西安市建筑設(shè)計(jì)研究院采用鋼筋混凝土后壓漿灌注樁進(jìn)行布置，設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

    1.樁徑Φ=0.60m；

    2.有效樁長(zhǎng)23.0m；

    3.樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為：試樁C40，錨樁C35；

    4.樁頂標(biāo)高-6.35m；

    5.設(shè)計(jì)布樁為187根。

    6.設(shè)計(jì)鋼筋混凝土后壓漿灌注樁單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值Quk=6000kN。

四、試驗(yàn)結(jié)果

表2

五、試驗(yàn)結(jié)果分析

    1.后壓漿對(duì)抗壓樁承載力性狀影響分析

    從試驗(yàn)的結(jié)果可以明顯看出，后壓漿提高灌注樁抗壓承載力的效果是很顯著的。 

    2.后壓漿對(duì)抗壓樁變形性狀影響分析

    圖1為3組灌注樁的荷載沉降Q～s曲線。其中FHY1為非后壓漿灌注樁，HY2和HY3為后壓漿樁。從圖1中可以看出，未壓漿樁FHY1的Q～s曲線屬明顯的陡降型，具有摩擦樁的顯著特征，說(shuō)明樁底沉渣的存在嚴(yán)重影響了端承力的發(fā)揮。另外2組后壓漿樁HY2和HY3的Q～s曲線基本屬緩降型，平緩段明顯變長(zhǎng)，因而其極限承載力較非后壓漿樁大幅提高。

FHY1                       HY2                          HY3

圖1  3組試樁的荷載沉降Q～s曲線

    綜合考慮3組灌注樁的試驗(yàn)結(jié)果，后壓漿灌注樁達(dá)到極限荷載時(shí)，其樁頂平均沉降量為7.90mm，在相同的樁頂荷載作用下，非后壓漿試樁的樁頂沉降量為15.560mm。可見，后壓漿能顯著地減小泥漿護(hù)壁水下灌注樁的沉降量，從而提高樁基承載力。

六、后壓漿作用機(jī)理分析

    后壓漿的作用機(jī)理是在樁體形成后，再由樁端和樁側(cè)的預(yù)埋管壓入水泥漿，通過(guò)漿液的滲擴(kuò)、擠密和劈裂等方式，消除泥漿護(hù)壁灌注樁的樁側(cè)泥皮和樁底沉渣的固有缺陷，改善樁土界面，使樁周一定范圍的土體得到加固，土體強(qiáng)度增加，增大樁側(cè)摩阻力和端承力，從而大幅度提高單樁承載力和減少沉降。

    結(jié)合工程地質(zhì)特點(diǎn)，可以認(rèn)為本工程后壓漿提高樁基承載力的機(jī)理，主要為以下三點(diǎn)：

    1.充填膠結(jié)效應(yīng)  被加固土體孔隙部分地為漿液充填，散粒被膠結(jié)，土體強(qiáng)度和剛度大幅度提高，提高了樁端承載力，并在樁底處形成一個(gè)擴(kuò)大頭，增加了樁底承壓面積。

    2.固化效應(yīng)  樁底沉渣和樁側(cè)泥皮與壓入的水泥漿發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)而固化，凝結(jié)成強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定的結(jié)石體，使單位端阻力和側(cè)阻力顯著提高。

    3.加筋效應(yīng)  通過(guò)水泥漿液的劈裂作用，單一土體被加筋成復(fù)合土體，復(fù)合土體的強(qiáng)度變形性狀由于加筋作用而大為改善，見圖2~圖3。

七、結(jié) 論

    1.后壓漿灌注樁荷載－變形曲線平緩段較非壓漿樁明顯變長(zhǎng)，后壓漿工藝能顯著地減少樁基沉降量，從而提高承載力；

    2.后壓漿能提高灌注樁的承載力并可減小沉降，從而可以減少樁徑、樁長(zhǎng)和樁數(shù)，既節(jié)省投資又可節(jié)省工期，對(duì)該項(xiàng)目而言采用后壓漿工藝具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[參考文獻(xiàn)]

［1］杜　峰. 武漢國(guó)際會(huì)展中心后壓漿鉆孔灌注樁施工技術(shù)，2003-32。

［2］《灌注樁后壓漿技術(shù)規(guī)程》[Q/JY 14-1999]。

［3］《西安驪山汽車座椅廠G01#高層住宅樓鋼筋混凝土后壓漿灌注樁檢測(cè)報(bào)告》 （陜西省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心  2009年1月）

 (本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)     文徑網(wǎng)絡(luò)：雷丹 尹維維 編輯    劉真 文徑 審核)