王海潮

1 后壓漿技術(shù)機(jī)理

公路橋梁后壓漿技術(shù)是在鉆孔灌注樁成樁后,當(dāng)樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后,通過預(yù)埋在樁內(nèi)的注漿管,將以水泥為主劑的漿液壓入樁底與樁周土體中,以充填灌漿、滲透灌漿、劈裂灌漿或壓密灌漿等多種形式對孔底沉渣、持力層軟化、土層擾動及樁端附近土層和泥漿護(hù)壁泥皮等起到滲透、填充、壓密、固結(jié)的作用,使之形成一種中高強(qiáng)的水泥土層,從而使樁擴(kuò)大樁頭、增加受力面積[1]。本文分別采用常規(guī)灌漿工藝及后壓漿工藝對樁基進(jìn)行施工,通過單樁豎向靜載試驗(yàn)對比后壓漿技術(shù)的實(shí)際意義。

2 試驗(yàn)概況

1)工程及地質(zhì)概況。本次試樁工程位于湖北十堰市—甘肅天水市高速公路陜西段。成樁形式為鉆孔灌注樁,樁徑為1.5 m,樁長25 m,分常規(guī)灌漿工藝與后壓漿工藝兩種,每種工藝采用的試驗(yàn)樁為3根,注漿距成樁4 d。根據(jù)鉆孔勘察及工程地質(zhì)調(diào)查結(jié)果,勘察區(qū)內(nèi)地層均為第四系松散碎屑堆積地層。試驗(yàn)區(qū)上部地層為全新統(tǒng)沖積亞黏土、亞砂土,下部地層巖芯多呈碎屑狀,巖體極易破碎,巖質(zhì)軟,其間夾薄層透鏡狀亞黏土、亞砂土層。該地區(qū)的地質(zhì)情況符合后壓漿技術(shù)所適合的地質(zhì)條件。

2)加載與量測系統(tǒng)。單樁豎向承載力試驗(yàn)采用錨樁橫梁反力裝置進(jìn)行加載,該裝置由反力系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、位移測量系統(tǒng)三部分組成。加載方法與常規(guī)樁基加載設(shè)計(jì)情況類似。樁頂處布設(shè)3個千分表,取結(jié)果的平均值[2,3]。

3)終止加載條件。某級荷載作用下,試樁的沉降量為前一級荷載作用下沉降量的5倍或某級荷載作用下,樁頂?shù)某两盗看笥谇耙患壓奢d作用下沉降量的2倍,且24 h未達(dá)到相對穩(wěn)定;試樁累計(jì)沉降量達(dá)到40 mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)條件下測試出常規(guī)灌注樁與后壓漿灌注樁下的單樁承載力曲線如圖1,圖2所示。常規(guī)試驗(yàn)樁的荷載—位移曲線比較明顯,存在明顯的拐點(diǎn),當(dāng)荷載為19 000 kN時,3根試驗(yàn)樁的位移分別為40.804 mm,40.202 mm以及40.198 mm,累積沉降量均超過40 mm。此時,單樁的極限承載力為19 000 kN。后壓漿試驗(yàn)樁的荷載—位移曲線為緩變型。曲線未出現(xiàn)下彎、突變等。3根試樁加載均未達(dá)到破壞,累計(jì)沉降量均不到40 mm。確定試驗(yàn)樁單樁豎向極限承載力大于28 000 kN。對比可知,后壓漿試驗(yàn)樁的單樁承載能力至少提高了47.36%,樁體承載能力得到大幅度提升。以下通過數(shù)值分析的方法淺論后壓漿樁基的作用機(jī)理。

4 數(shù)值計(jì)算分析

數(shù)值分析采用的網(wǎng)格劃分方法如圖3所示。樁體采用彈性體分析,樁體彈性模量 E=35 GPa,泊松比 μ=1.67。土體服從摩爾庫侖屈服準(zhǔn)則,樁周土體彈性模量為 16 MPa,泊松比為0.35,粘聚力3 kPa,內(nèi)摩擦角27°;樁底土體彈性模量為80 MPa,泊松比為 0.3,粘聚力20 kPa,內(nèi)摩擦角31°。后注漿以后樁底和樁周注漿體的彈性模量E在80 MPa～600 MPa之間。計(jì)算出最終加載狀態(tài)時,樁體達(dá)到極限承載力時常規(guī)樁塑性應(yīng)變的數(shù)量級為10-3,而后壓漿樁的塑性應(yīng)變的數(shù)量級為10-5～10-4。常規(guī)試驗(yàn)樁受荷載作用時影響范圍較小,而后壓漿樁由于樁周與樁底壓漿的處理,使得樁周與樁底在樁體受荷載時所形成的樁—漿—土系統(tǒng)共同抵抗荷載,樁周摩阻力和樁底持力層抵抗能力都得到很大提高,同時在云圖上也明顯反映了后壓漿樁周土體影響范圍廣,但塑性應(yīng)變數(shù)值要遠(yuǎn)小于常規(guī)樁。

5 結(jié)語

通過現(xiàn)場樁基對比試驗(yàn)得出了后壓漿試驗(yàn)樁的單樁承載能力至少提高了47.36%,單樁極限承載能力得到大幅度提升;數(shù)值分析計(jì)算的結(jié)果也證實(shí)了后壓漿技術(shù)在提高樁周土體的摩阻力與樁底的抵抗力的優(yōu)越性。

[1] 安 靜.鉆孔灌注樁后壓漿的作用機(jī)理及承載特性分析[J].山西建筑,2010,36(5):133-134.

[2] 朱擁軍,嚴(yán)立新,穆保崗.鉆孔灌注樁后壓漿技術(shù)的應(yīng)用[J].工程建設(shè),2010(1):23-24.

[3] 張忠苗,吳世明,包 風(fēng).鉆孔灌注樁樁底后壓漿機(jī)理與應(yīng)用研究[J].巖土工程學(xué)報,1999,21(6):681-686.