深厚砂层桩端后注浆灌注桩现场试验研究_鹿存亮.pdf

2023 年第 3 期工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying7 深厚砂层桩端后注浆灌注桩现场试验研究鹿存亮(上海勘察设计研究院(集团)有限公司,上海 200093)摘要:深厚砂层中钻孔灌注桩施工存在泥皮厚、桩端沉渣难控制等问题。本文以中原某项目为例,对钻孔灌注桩采用桩端后注浆工艺进行加强处理,并在现场进行了一系列竖向抗压静载荷试验和抗拔试验。试验表明:在深厚密实砂层中采用桩端后注浆工艺,再满足一定量的注浆量后可同时达到加固桩端和桩侧的效果,有效提高桩端阻力和桩侧摩阻力;竖向抗压承载力极限值综合提高系数可达 3.5,抗拔承载力极限值提高系数可达 2.0;桩端沉降大小与注浆量密切相关。本研究可为后续类似深厚砂层钻孔灌注桩桩端后注浆的设计提供参考和借鉴。关键词:深厚砂层;桩端后注浆;现场载荷试验;双套管;沉降杆;钢筋应力计中图分类号:TU473文献标识码:AField test of post-grouting bored pile in thick sand layerLu Cunliang(Shanghai Geotechnical Investigations&Design Institute Co.,Ltd.,Shanghai 200093,China)Abstract:There are some problems in the bored pile construction in deep sand layer,such as thick slurry coating and bottom sediment control.In this paper,a case study of a bored piles improved by post-grouting at the pile bottom is carried out.A series of vertical compression and pull-out static load test are carried out on site.The test results show that the pile end and pile side can be strengthened simultaneously using post-grouting technique in the deep and dense sand layer,and the pile shaft friction and pile end resistance can be effectively improved after a certain amount of grouting;the comprehensive increase coefficient of the ultimate value of the vertical compressive bearing capacity can reach 3.5,and the increase coefficient of the ultimate value of the uplift bearing capacity can reach 2.0;the settlement of pile is closely related to the amount of grouting.This study can provide reference for the design of post-grouting at the pile bottom of bored pile in similar geological conditions.Key words:thick sand layer;post-grouting at bored pile bottom;site static load test;double tubing;settlement rod;reinforcement stress meter收稿日期:2022-04-05;修订日期:2022-07-06作者简介:鹿存亮(1984-),男(汉族),江苏徐州人,硕士,高级工程师.0引言在深厚砂层中,灌注桩在施工过程中容易产生桩侧泥皮厚、桩端沉渣大及持力层扰动等问题,导致桩基承载力偏低以及沉降过大的后果,尤其在高水位的细砂地层中此类问题更为明显1。目前常采用后注浆技术解决此类问题,并且在工程实践中大量应用,积累了较多的经验2 3。对于在深厚的砂层中采用后注浆技术,朱向荣等4认为在粉砂砂砾层中注浆桩端固结体可假定为球形,并建立了注浆量的估算公式。宋建等5对砂土地层的 100 根注浆试桩的单桩注浆量进行了数据统计,分析了单桩承载力和桩端注浆量的变化规律。本文结合某具体项目,对在深厚粉细砂地层中桩端后注浆灌注桩进行了现场试验研究,在现场进行竖向抗压静载荷试验和抗拔试验,通过双套管法并辅助采用沉降杆和桩身应力计测试桩的极限承载力、不同断面的沉降量和轴力。为分析深厚粉细砂层中后注浆灌注桩的受力机理及设计参数提供了依据。1工程概况中原某项目拟建建筑为多栋商业办公楼,地上2224 层,地下 4 层,结构形式为框架核心筒,主楼部分柱底最大荷载约 43000kN,核心筒部分底板8 工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying2023 年第 3 期荷载约 1000kN/m2。场地地貌类型为黄河冲积平原,地下水类型为潜水,水位标高 78.25m。综合分析结构形式及地层特性,基础形式选择桩筏基础,桩基采用灌注桩,场地地层分布规律以及和灌注桩关系见图 1。原始地面标高在 86.7 87.4m 不等,场地整平后标高为 85.0m,大面积工程桩施工时卸土至 82.5m。灌注桩桩顶及桩端标高分别为72.5m 和 54.5m,有效桩长 18.0m,桩身全部位于深厚细砂层中。灌注桩设计桩径 800mm,持力层普遍为细砂,局部为1粉土。根据表 1 勘察报告提供的场地地层参数表估算,在不注浆情况下,灌注桩抗压极限承载力为 35503820kN,抗拔极限承载力为 21502215kN,采用注浆工艺处理后预估抗压极限承载力约为 58006200kN,抗拔极限承载力约为 36203740kN。表 1场地地层参数Table 1The parameters of layer土层名称重度(kN/m3)压缩模量Es1-2(MPa)承载力特征值fak(kPa)极限侧阻力标准值 qsk(kPa)极限端阻力标准值 qpk(kPa)侧阻力注浆增强系数 si端阻力注浆增强系数 p抗拔系数细砂18.59.0120细砂18.814.5150501.60.60细砂19.015.5180561.60.60粉土18.712.5170481.40.60细砂19.516.5190641.60.601粉质粘土19.57.2180521.50.70细砂20.022.02407011001.71.30.70细砂20.524.02607413001.71.30.701粉土19.515.5220669601.51.30.70粉质粘土19.79.62406510001.41.30.70图 1典型地层剖面图Fig.1Typical section of layer2桩端后注浆工艺本次试验时每根桩端部设置两根注浆管,端部注浆器具有单向逆止功能,单桩注浆水泥用量不小于 4t,浆液水灰比为 0.6,第一次注浆量为额定的70%,第二次注浆量为额定的 30%,两次注浆间隔1.52.0h。两次间隔注浆主要是为了保证端部注浆完全密实,且注浆可以沿着侧壁上翻实现桩端和桩侧都加固的效果。施工时注浆采用慢速注浆,注浆速率不超过40L/min,采用注浆泵最低速档进行注浆,确保浆液慢速渗入土层中。桩端注浆终止标准采用注浆量2023 年第 3 期工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying9 与注浆压力双控的原则,以注浆量(水泥用量)控制为主、注浆压力控制为辅。优先保证注浆量,当注浆量 达 到 要 求 时,可 终 止 注 浆;当 注 浆 压 力2.5MPa 并持荷 3min,注浆量达到要求量的 80%时,且无法进一步注浆时,也可终止注浆,否则需要多次慢速注浆。3双套管试验及结果分析3.1试验方案试验场地标高 85.00m,总桩长 30.5m,有效桩长 18.0m,上部 12.5m 采用双套管隔离。抗压试桩 6 根(S1 S6),抗拔试桩 4 根(S7 S10),S1 S3持力层为细砂层,其余试桩持力层为1粉土层,每根试桩注浆水泥用量均为 4t,试验采用锚桩法。试桩桩身剖面图及平面位置见图 2。图 2双套管法桩身剖面及桩位平面图Fig.2The section and position of double tubing test piles3.2结果分析试桩结果见表 2,Q-s 曲线见图 3 及图 4。由图表可 知,单 桩 竖 向 抗 压 极 限 承 载 力 不 小 于13200kN,约为未注浆情况下理论计算值的 3.5 倍;抗拔极限承载力不小于 4800kN,约为未注浆情况下理论计算值的 2.0 倍。根据抗拔桩试验结果并按照抗拔系数 0.7 反算,桩端二次注浆处理后有效桩长范围内侧摩阻力平均值不小于 139kPa。4沉降杆法试验及结果分析4.1试验方案试验场地标高 82.50m,桩端标高 54.50m,总表 2S1 S10 静载荷试桩结果Table 2The load test results of S1 S10桩号试桩最大加载量(kN)试桩极限承载力(kN)最大沉降(上拔)量(mm)最大回弹量(mm)S1168001560074.0419.42S2132001320021.309.85S3132001320022.329.76S4132001320027.2117.38S5132001320025.9016.97S6132001320021.2514.19S7480048006.305.16S8480048007.165.39S9480048008.687.24S10480048009.096.67图 3试桩 S1 S6 静载试验 Q-s 曲线图Fig.3Curves of load-settlement of S1 S6 piles图 4试桩 S7 S10 静载试验 Q-s 曲线图Fig.4Curves of load-settlement of S7 S10 piles桩长 28.0m。共实施抗压试桩 3 根(Y1 Y3),持力层为细砂层,在试桩顶标高 82.5m、基础底标高72.5m 及桩端标高 54.5m 设置三个沉降监测断面,试桩桩顶采用沉降数据,72.5m 断面及 54.5m 断面采用沉降杆监测,测试断面通过沉降杆引至桩顶进行测读,测定沉降杆仪器采用百分表,试验过程中10 工程勘察Geotechnical Investigation&Surveying2023 年第 3 期在基桩检测每级荷载的施加和稳定后进行沉降杆位移读数的测读。试桩桩身沉降监测断面图及试桩平面位置见图 5。图 5沉降杆法监测断面及试桩平面图Fig.5The section and position of settlement monitoring test piles每根试桩设计注浆水泥用量均为 4t,实际注浆量由于现场受限,未完全达到设计要求,Y1、Y2和 Y3 实际注浆用水泥量分别为 3.9t、0t 和 1.6t。试验时 按 照 每 级 1000kN 加 载,Y1 最 大 加 载 至17000kN 时未破坏,受限于锚桩反力,终止加载;Y2 最大 加 载 至 7000kN 时 破 坏;Y3 最 大 加 载 至15000kN 时破坏。4.2结果分析不同断面处 Q-s 曲线见图 6。由于部分试桩注浆量未达到试验要求,沉降杆法试验没有完全达到设计的试验目的,但从 Q-