后压浆桩承载力提高机理与应用

第26卷 第2期2004年2月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JO U R N A L O F W U H A N U N IV E R SIT Y O F T E C H N O L O G Y
V ol .26 N o.2 Feb.2004
后压浆桩承载力提高机理与应用
张明远1,朱 琳2,张 雄3,江志学1,卢哲安1
(1.武汉理工大学设计研究院,武汉430070;2.武汉钢铁设计研究总院,武汉430077;
3.武汉理工大学理学院,武汉430070)
摘 要: 对后压浆桩的加固机理进行了分析,给出了压浆量参数控制设计,并根据后压浆桩桩端、桩侧压浆前后的各土层相关参数变化范围给出了后压浆桩的单桩竖向极限承载力理论计算公式及工程应用。

关键词: 加固机理; 参数控制设计; 单桩极限竖向承载力中图分类号: T U 473.1
文献标识码: A
文章编号:1671-4431(2004)02-0047-03
收稿日期:2003-09-27.
作者简介:张明远(1969-),男,高级工程师.E -m ai l :zm yzc @
1 后压浆加固机理分析
桩端压浆浆液首先渗透到最疏松的桩端沉碴孔隙和桩尖虚土中,与之发生物理化学反应而固化凝结成一个力学性能稳定、强度高的结石体,从而消除了桩底沉渣。

随着浆液的不断泵入,浆液不断地向桩端持力层土体渗透并与其胶结,使其抗压强度大大增加。

当桩端持力层为粗粒土时,浆液主要起渗透作用,能大幅提高持力层的强度和变形模量,并形成水泥土扩大头,增大受力面积,故极限承载力增幅大。

当持力层为细粒土时,主要表现为劈裂注浆,浆液沿劈裂脉渗透入地层,提高桩端土体密度并使之能有效地传递和分担荷载,从而提高桩端阻力。

当压浆量不断增加,浆液会沿着桩周泥皮上返并固化泥皮,充填桩身与桩周土之间的间隙并渗入到桩周土层,使桩身直径相对扩大、桩周土层强度与桩侧摩阻力提高。

桩侧压浆浆液首先对桩周泥皮进行固化,形成粘土水泥浆体,同时充填并固化桩身混凝土与桩周土体之间的间隙,使桩径在一定范围内增大。

随着压浆量的增长,对于桩侧土层为粗粒土时,浆液通过渗透、挤密、填充作用,若为细粒土层则主要通过为压密和劈裂注浆作用,使桩侧土层强度提高,进而提高桩侧摩阻力。

在压浆点处,由于浆体的挤压,形成凸出的浆液结石体;在非压浆处,则形成一层浆壳,它与已固化的桩周泥皮及桩身混凝土组成复合桩身,增大了剪切滑动面,相当于增加了桩侧面积[1]。

随着注浆压力的增大,浆液横向向较弱的土体中渗透、劈裂,浆脉像树根一样伸入土中,从而改善了桩土的受力状态。

在不造成桩侧土破坏时,压浆压力越大,侧阻、端阻的异步发挥改善越明显,桩的承载力越高。

2 后压浆桩施工工艺中的压浆量参数控制设计
在整个压浆工艺实施过程中,压浆量指标最关键。

端压浆主要是据桩底沉渣、持力层及桩周泥皮性状、桩径等预先计算所需注入量。

一般设计注入量和水泥用量的计算公式分别为
Ω=π·R 2
·H ·η
·β·(1+α)m =Q ·γc /(γw +C γc )
(1)
式中,Ω为每桩设计注入量(m 3);R 为浆液有效扩散半径(m );Η为加固段高(m );η为孔隙率;β为浆液充填系数,根据工程统计
表1 桩端水泥用量设计值
桩径/m m 水泥用量/t
桩深≤35m 桩深>35m 600～700 1.0～1.5 1.5～2.0800～900 1.5～2.0 2.0～2.51000～1200 2.5～3.0 3.0～4.0>1200
3.0～
4.0
4.0～
5.0
宜取0.3～0.8;α为浆液损失量,宜取0.15～0.3;m 为水泥用量(t );γc 为水泥密度;γw 为水密度;C 为水灰
比;Q 为水泥浆量(m 3)。

经过对几十个后压浆工程的统计和总结,得出桩端水泥用量设计值供参考(见表1)。

桩侧压浆无论压浆器处于何种地层,以及桩径大小,水泥用量一般控制在500～1000kg 。

3 后压浆钻孔灌注桩单桩竖向承载力计算
通过对若干后压浆桩的试桩静、动测报告以及工程桩的测试报告进行统计分析,在综合考虑了地层条件的复杂性以及各施工单位压浆水平的差异性等因素后,得出压浆前后桩端、桩侧相关土层参数变化范围及取值(参见表2、表3)。

其取值已经过数个典型工程的检验,既有一定的安全度,又具有科学性。

由此可进一步得出后压浆桩单桩竖向极限承载力计算公式
Ω′u k =Ω′sk +Ω′p k =μ∑n
i =1
ξ
si ·q sik ·l i +q′p k ·A p (2)
式中,Ω′u k 为压浆后的单桩竖向极限承载力特征值,Ω′sk 、Ω′
p k 分别为压浆后的单桩总极限侧阻力、总极限端阻力特征值;μ为桩身周长,q si k 为桩周第i 层土的极限侧阻力
特征值,l i 为桩穿越第i层土的厚度;ξ
si 为:1)桩端压浆时其向上影响10.0m
-1
,在该厚度内的相关土层q si k 值提高
系数;2)桩侧压浆时其向上影响5.0m -1
,在该厚度内的
相关土层q sik 值提高系数,取值见表2;q′
p k 为压浆后的桩端阻力特征值,见表3;A p 为桩端面积。

4 工程应用
某高层住宅楼地质情况具有典型的二元结构,覆盖
表2 q si k 值提高系数
土类型ξsi 土类型ξsi 淤泥质土 1.2～1.5中砂 1.4～1.9粘性土 1.2～1.5粗砂、砾砂 1.4～2.0粉 土 1.3～1.6砾卵石 1.4～2.1粉细砂
1.3～1.8
中强风化基岩
1.5～
2.5
表3 后压浆桩端阻力特征值持力层土类状态桩入土深度/m 15<h ≤30h >30粘性土0.25<I L ≤0.502300～32002800～35000<I L ≤0.254000～42004800～5400粉 土0.25<e≤0.91400～20002000～2600e ≤0.252100～28002800～3500粉 砂稍 密1500～20001700～2400中密、密实2400～30003000～3600粉 砂中密、密实3500～45004200～5200中 砂中密、密实5000～56005600～6400粗 砂中密、密实6400～7200
7000～8000
砾卵石
中密、密实
4800～8000
层上部约为20m 的一般性粘土;覆盖层下部为砂土层,由粉砂、粉细砂、细中砂和砾卵石组成,厚度近28m 。

勘察报告建议采用钻孔灌注桩,桩端进入埋深54.0m 的中风化砂砾岩层
[2]。

由于细中砂层层厚呈密实状态,
作为后压浆桩的持力层较为理想,所以工程试桩采用　800m m 钻孔灌注桩共3种桩型,其中,A 型为3根嵌岩桩,设计极限承载力14000kN ,持力层为中风化砂砾岩层;B 、C 型各采用3根后压浆桩,设计极限承载力分别为14000kN 、10000kN ,持力层分别选为砾卵石层、细中砂层。

试桩检测结果如表4所示。

按式(2)进行单桩极限承载力计算,并综合考虑后压浆静载荷试验结果及文献
[3]
后,可得B 型桩Q u k =15798kN ,C 型
Q u k =14420kN 。

该工程最后采用桩端后压浆桩,桩径　
800m m (孔深48.0m ),860根桩共节省29.5万元。

表4 试桩静载试验结果
桩 号(桩长/m )总注浆量
/t
注浆压力/M P a
最大加载值/kN 最终沉降/m m 残余变形/m m 回弹量/m m 回弹百分比/%极限承载力/kN 试验破坏荷载/kN A 1(54.0)入岩>1.0m 1280265.5760.95 4.627.01138012802A 2(54.5)入岩>1.0m 1567061.1558.94 2.2136.01424515670A 3(56.0)入岩>1.0m 1668662.6058.35 4.25 6.81586216686B 1(48.0)3 1.6～2173.0472.4668.52 3.94 5.41586217204B 2(48.0)3 1.7～21701673.7771.90 1.87 2.51586217016B 3(48.0)31～1.41709460.3455.51 4.838.01567017094C 1(44.1)3 1.2～21375148.2139.318.9018.51282413751C 2(44.0)321339060.7554.22 6.5310.71236013390C 3(44.3)
3
1.3～1.8
15450
61.21
54.67
6.54
10.7
11420
15450
84 武 汉 理 工 大 学 学 报 2004年2月
5 结 语
钻孔后压浆灌注桩的单桩竖向极限承载力宜根据静载荷试验和文中给出的公式来综合分析确定,其中表2、表3中参数的建议值,对其他地区的相似地层也有重要的参考价值。

参考文献
[1] 胡春林,李向东,吴朝晖.后压浆钻孔灌注桩单桩竖向承载力特性研究[J ].岩石力学与工程学报,2001,20(4):546～
550.
[2] 周 水.后压浆钻孔灌注桩应用技术研究[D ].武汉:华中科技大学,2002.[3] JG J94-94,建筑桩基技术规范[S].
Beari ng C apaci t y St rengt heni ng M echani s m and A ppli cat i on
of Pos t grout i ng B ored Pi l es
Z H A N G M i ng -y uan 1,Z H U L i ng 2,Z H A N G X i ong 3,JIA N G Z hi -x ue 1,L U Z he -an
1
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W uhan 430077,C hi na ;3.Schoolof Sci ences W U T ,W uhan 430070,C hi na )
A bst ract : T hi s paper expat i ates t he st rengt heni ng m echani sm and param eters cont rol l i ng of post grouti ng bored pi l es f i rst l y .
B ased on the s tat i sti cal dat a obtai ned f rom the st at i c and dynam i c l oad t es t of experi m ental and engi neeri ng postgrouti ng bored pi l es ,t hi s paper pres ent s the prati cal f orm ul a t o cal cul at e t he verti cal l i m i ti ng beari ng capaci ty of postgrouti ng bored pi l es .
K ey w ords : rei nf orcem ent m echani sm ; param et ers control l i ng; vert i cal l i m i t i ng bear i ng capaci t y (上接第46页)
Sel ect i on and D es i gn of Joi nt s for C FST Fram e
L U H ai -l i n 1,2,W U J un -m i
n 3,X U C heng -x i ang 2
(1.D epar tm ent of C i vi l E ngi neeri ng,T i anj i n U ni vers i t y,T i anj i n 300072,C hi na;2.D epart m ent of C i vi lE ngi neeri ng ,Ji anghan P et rol eum U ni versi t y ,Ji ngzhou 434023,C hi na ;
3.H ubei A gri cul t uralC ol l ege,Ji ngzhou 434103,C hi na)
A bst ract : T he j oi nt desi gn i s the key probl em of t he concrete f i l l ed s teelt ubul ar (C F ST )f ram e.
B ased on res ul ts of engi neer-i ng appl i cati on and experi m ent alr esearch ,w orki ng m echani s m and behavi or of
C F ST j oi nts are anal yzed .T he f orm at i on sui ted i n fram e st ruct ure syst em i s di scussed .C al cul at i on m ethods and sever aldesi gn suggest i ons are presented .I t w i l lbe referred t o st ruc-ture desi gn.
K ey w ords : concret e f i l l ed s teeltubes (C F ST ); col um n -beam j oi nt s ; f ram e
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