基于分布式后压浆的灌注桩承载力试验研究_陈祉阳.pdf

第 18 卷增刊 2地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol.182022 年 12 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringDec.2022基于分布式后压浆的灌注桩承载力试验研究陈祉阳1,龚维明 2,靳朋刘3,朱建民1,陈新奎1(1.南京东大自平衡桩基检测有限公司,南京 211164;2.东南大学 土木学院,南京 211189;3.南京东土建设科技有限公司,南京 211164)摘要:介绍了一种灌注桩分布式后压浆工艺及实现方法,相比于传统后压浆工艺,分布式压浆工艺利用声测管实现桩端、桩侧组合压浆,解决了传统后压浆装置出浆口断面间距大、压浆孔开塞率低及浆液分布不均匀等问题,提高了浆液利用率,实现了声测管的一管两用,极大减少了后压浆预埋管数量,提升了施工效率。基于河南省安罗高速黄河特大桥项目 3 根大直径灌注桩,利用桩基自平衡承载力测试法开展压浆前后承载力试验,对比研究了不同压浆工艺对桩基承载力提升的影响,结果表明:分布式压浆工艺在同等压浆量的情况下承载力提升优于传统压浆;分布式后压浆工艺相比传统后压浆工艺,施工更为便捷,浆液分布更均匀、浆液利用率更高,更加适用于大直径超长灌注桩的后压浆施工。关键词:分布式后压浆;传统环管后压浆;自平衡测试;位移特性;基桩承载力 中图分类号:TU753.3文献标识码:A文章编号:1673-0836(2022)增 2-0689-07Experimental Study on Bearing Capacity of Cast-in-Place Pile Based on Distributed Post GroutingChen Zhiyang1,Gong Weiming2,Jin Pengliu3,Zhu Jianmin1,Chen Xinkui1(1.Nanjing Dongda Bi-directional Pile Test Co.,Ltd.,Nanjing 21164,P.R.China;2.Southeast University Civil Engineering College,Nanjing 211189,P.R.China;3.Nanjing Dongtu Construction Technology Co.,Ltd.,Nanjing 21164,P.R.China)Abstract:A kind of post-pressure grouting pile distributed process and realization method is introduced.Compared with the traditional post-pressure slurry process,the distributed slurry process uses the sonotube to realize the combination of pile-end and pile-side slurry,which solves the problems of large section spacing of the traditional post-pressure device,low opening rate of the slurry hole and uneven slurry distribution,improves the slurry utilization rate,realizes the dual use of the sonotube,greatly reduces the number of post-pressure pre-buried pipes,and improves the construction efficiency.Based on three large-diameter grouted piles in the Anns high-speed Yellow River extra-large bridge project in Henan Province,the pile foundation self-balancing bearing capacity test method was used to carry out the bearing capacity test before and after grouting,and the effect of different grouting processes on the pile foundation bearing capacity enhancement was studied in comparison.The results show that the distributed grouting process under the condition of the same grouting quantity improve bearing capacity is superior to traditional grouting.Compared with the traditional post-grouting process,the distributed post-grouting process has more convenient construction,more uniform distribution of slurry and higher utilization rate of slurry,which is more suitable for the post-grouting construction of large diameter and ultra-long cast-in-place piles.Keywords:distributed post grouting;conventional round pipe after grouting;bi-directional test;displacement characteristics;bearing capacity of foundation pile收稿日期:2022-04-28(修改稿)作者简介:陈祉阳(1989),男,陕西宝鸡人,工程师,主要从事岩土工程、地下工程设计施工等方面的工作。E-mail:729466947 0引言国内大直径超长灌注桩基础在桥梁领域建设中取得广泛的应用1,但大直径超长灌注桩因其施工工艺限制存在孔底沉渣及桩侧泥皮,影响灌注桩承载力发挥。为减少钻孔灌注桩泥皮及沉渣对于桩基承载力的影响,钻孔灌注桩后压浆技术应运而生。经试验研究证明,后压浆技术不仅能提高灌注桩桩端承载力,对桩侧摩阻力的提高也有较大作用2。灌注桩后压浆技术的应用自 20 世纪 80 年代后期兴起以来,已从早期作为安全储备发展到如今自动化智能化压浆,从而实现缩短桩长的目的,因而具有显著的经济效益。目前后压浆工艺主要有桩端 桩侧压浆、组合压浆两种形式3,万志辉等4研究了大直径后压浆灌注桩承载力和沉降实用计算方法,提出了适用于不同土层的大直径后压浆沉降计算经验预估方法;姚建平等5研究了后压浆钻孔灌注桩承载特性;戴国亮等6提出了基于沉降控制的组合后压浆灌注桩承载力研究,提出组合后压浆加载至极限状态时,承载力提升系数,给出了针对组合后压浆的沉降控制方法;万志辉等7还对不同成桩工艺对后压浆灌注桩承载特性影响进行了使用研究。众多学者对传统环管后压浆已进行了深入研究8-15,但随着桩基工程桩长及桩径发展向着深大方向发展,传统预埋环管及桩端压浆直管的压浆方式会因压浆管接头数量的增加而影响灌注桩的成桩时间,增加灌注桩成桩阶段的施工难度。本文介绍了一种分布式后压浆工艺,相比于传统环管后压浆工艺,分布式后压浆利用既有声测管实现桩端、桩侧组合压浆,实现多点位离散式压浆,降低了成桩阶段的施工难度,相较于传统环管压浆,分布式压浆解决了环管桩侧后压浆装置断面间距大、压浆孔开塞率低以及浆液分布不均匀等问题。本文通过安罗线黄河特大桥开展的 3 根试桩承载力验证试验,对比了分布式压浆与传统环管压浆工艺,研究了分布式压浆工艺对大直径超长灌注桩承载性能的提升系数,总结了分布式后压浆工艺的适用条件及承载力发挥特性。1工程概况安阳至罗山高速公路原阳至郑州段黄河大桥项目试桩 SZ1、SZ4 采用直径 1.8 m,桩长 80 m 钻孔灌 注 桩,主 筋 采 用 32 根 直 径 为 28 mm 三 级钢,SZ3 采用 2.2 m 直径、桩长为 110 m 钻孔灌注桩,主筋采用 40 根直径为 28 mm 三级钢,桩身混凝土均强度为 C35。桥区范围内主要岩性上部均为第四系地层所覆盖,覆盖厚度在 250 300 m 以上,表层为黄河冲积及黄河泛流堆积物,下层属黄河河相沉积和内陆湖泊相沉积,桩端为粉土、细砂及粉质粘土。试桩地质条件、荷载箱参数及布置如图 1。2分布式压浆设计与实现 分布式压浆系统由预埋压浆器、压浆芯管、提升设备、智能压浆设备组成,预埋压浆器通过螺纹与声测管串联,压浆芯管由膨胀式止浆塞与出浆口组成,压浆时通过提升设备将压浆芯管沿声测管长度方向向下放入声测管内部,通过提升设备提升至预埋压浆器位置,通过控制止浆塞膨胀固定出浆口于注浆位置,通过智能压浆设备完成压浆。图 1试验场地土层分布剖面图及仪器布置图Fig.1Distribution profile of soil layers of test site and shaft instrumentation分布式压浆管设置在钢筋笼加强筋内侧,沿桩身圆周均匀布置;压浆管按设计间距安装分布式桩侧压浆器,底部安装桩端压浆器;压浆管与压浆器采用螺纹连接或焊接,接头处密封、不渗漏。分布式压浆有别于传统的直管+环管组合压浆主要体现在如下几个方面:分布式压浆质量优于传统环管压浆,可实现压浆点位离散性分布,实现小间距多点位分布压浆,相较于传统环管压浆具备压浆效果更可控,浆液分布更均匀等优点。分布式压浆096地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷可依据地质构造特点,在同一压浆管内使用不同的压浆加固材质,选用不同的压浆叁数进行压浆加固。分布式压浆止浆塞可在压浆管内随意移动,可 依 据 需 要 在压浆加固区域内不断压浆加固。分布式压浆可利用基桩内原声测管,通过串联压浆器实现桩端桩侧组合压浆,减少了钢筋笼连接时接头数量,能有效提高施工功效。本次试桩的分布式压浆方案实施如图 2。图 2分布式压浆方案图Fig.2Scheme diagram of distributed grouting3分布式压浆施工桩基分布式压浆施工利用声测管作为压浆管,通过在声测管接头处预埋压浆器实现出浆,本次试桩截面均设置 4 根压浆管,在压浆前自平衡测试完成后可进行压浆施工,具体施工流程如图 3 所示。浆液选择 P.O 42.5 普通硅酸盐水泥,水灰比控制在 0.450.6,压浆施工采用由东土建设研发的智能化压浆设备完成,可实现压浆量、压浆压力、水灰比等参数实时上传。具备远程实时监控功能,以确保压浆施工过程中无人为因素的干扰。桩端压浆压力 1.2 6.0 MPa,桩侧压 0.5 4.0 MPa,持荷实际 5 min,压浆口流量控制不小于75 L/min,压浆时采用自动提升装置控制止浆塞位置,自动提升装置通过压浆管连接压浆芯管,压浆芯管内膨胀式止浆塞由地面水泵控制,当止浆塞锁止后,通过压浆泵压浆,纵向压浆顺序由桩底至桩顶依次压浆。提升设备如图 4 所示。4试桩方案对于大直径超长灌注桩,其设计承载力往往超过 20 000 kN,传统的堆载式静载试验受场地条件及堆载配重的限制难以满足试桩要求,故本次试桩均采用自平衡静载测试,并通过桩内预埋钢筋计的形式测定土层的极限侧摩阻力与桩端极限承载力,以确定分布式压浆对承载力的提升系数。为了满足在压浆前、后