桩端后注浆钻孔灌注桩承载力计算方法探讨

桩端后注浆钻孔灌注桩承载力计算方法探讨
发布时间：2022-06-22T03:39:02.956Z 来源：《建筑实践》2022年第4期（下）作者：张亮[导读] 通过对桩端后注浆钻孔灌注桩承载力计算方法的分析
张亮
南通天山置业有限公司江苏南通 226001摘要：通过对桩端后注浆钻孔灌注桩承载力计算方法的分析，在规范及前人研究成果的基础上提出了一种改进的桩端后注浆钻孔灌注桩承载力计算方法，将后注浆灌注桩承载力分为桩侧非增强段、桩侧增强段及桩端增强段三段分别考虑，并结合工程实例，验证了该方法的适用性。

关键词：钻孔灌注桩、桩端后注浆、计算方法、静载荷试验1引言
桩基础是高层建筑地基处理的主要方式，由于高层建筑物上部荷载大，对基础变形要求高，无法采用独立基础的处理方式。

现阶段应用较多的地基处理方式主要有复合地基、桩基等，其中复合地基主要适用于上部荷载较小的建筑物，而针对高层建筑或荷载较大的厂房，桩基方案是基础设计的首选方案。

根据桩基的承载力性状可以分为摩擦桩和端承桩，根据成桩的方法可以分为非挤土桩、部分挤土桩及挤土桩，这其中运用较为广泛的是预制混凝土管桩及钻孔灌注桩。

预制混凝土管桩造价较低、施工速度快、可预制、对周边环境影响小等优点使其在城市中的运用更具灵活性，也是运用最为广泛的桩型之一；但其受土层影响较大，极易出现沉桩困难或爆桩的现象，桩长及桩径选择有限制，相比钻孔灌注桩而言预制管桩的适用性有一定的局限。

钻孔灌注桩适用于大部分土层，属于非挤土桩，桩长及桩径选择余地大、送桩容易、承载力高，成为高层建筑特别是超高层建筑桩基方案的首要选择。

采用后注浆技术在一般灌注桩施工的基础上，通过对桩端及桩侧的注浆解决桩底沉渣及桩侧泥皮对桩基承载力的不利影响，可有效提高钻孔灌注桩单桩承载力极限值，减小沉降。

但后注浆技术与土层性质的相关性较强，针对不同的地层应区别对待。

本文针对南通地区砂性土层桩端后注浆技术的应用，参考《建筑桩基技术规范》中关于桩端后注浆承载力的估算方法，对砂性土层中后注浆桩侧参数、桩端参数及承载力计算方法进行探讨。

2计算方法综述
通过后注浆技术，钻孔灌注桩单桩极限承载力可提高约30%~60%，提高幅度主要与注浆质量、注浆工艺及土层性质有关。

根据规范规定，对于泥浆护壁灌注桩，桩端后注浆竖向增强段为桩端以上12.0m；当为桩端、桩侧联合注浆时，竖向增强段为桩端以上12.0m及桩侧注浆面以上12.0m，并扣除重合部分。

而对于干作业灌注桩，增强段长度减半；因此，桩端及桩侧增强的幅度各异，且区别较大。

根据地区经验，桩端的增长幅度大于桩侧，粗颗粒土的增幅大于细粒土，砂性土的增幅大于粘性土、泥浆护臂桩的增幅大于干作业钻、挖孔桩。

这是由于灌注桩承载力受桩端沉渣的影响较大，桩端后注浆后将沉渣进行加固并在桩底形成半椭球体，受注浆压力的影响椭球体短边直径大于桩径；一方面增大了桩端处承载面积，另一方面沉渣得到加固，因此桩端端阻力上升明显；在砂性土中，由于粗粒土的渗透性更大，颗粒间有一定的间距，泥浆在一定压力条件下，扩散作用明显，类似渗透注浆；而在细粒土中，颗粒间间隙较小，注浆压力首先需要克服颗粒间的粘结力，扩散范围小，类似劈裂注浆，砂性土的注浆效果优于细粒土。

2.1规范法
《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2018）第5.3.10条后注浆灌注桩计算，单桩承载力极限值的计算是在普通灌注桩计算的基础上增加了桩端及桩侧增强系数，将后注浆灌注桩的承载力特征为分为了三个部分：桩侧非增强段（Qsk）、桩侧增强段（Qgsk）及桩端增强段（Qgpk）。

后注浆灌注桩承载力标准值估算公式如下：
式中参数定义可参考《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2018）第5.3.10条。

规范法中灌注桩的受力机理与预制桩相似，即在桩侧非增强段考虑泥皮及松弛效应的影响，桩的极限侧阻力标准值与预制桩相比而言较小；在桩侧增强段，考虑泥浆对泥皮的固结作用，引入侧阻力增强系数后，调整后的极限侧阻力标准值与预制桩相当；在桩端增强段，考虑泥浆对沉渣的加固作用，引入端阻力增强系数后，极限端阻力标准值与预制桩相当。

2.2其他估算方法
考虑到现阶段钻孔灌注桩的施工工艺已相当成熟，经验丰富的施工单位对桩底沉渣厚度的控制较好，且灌注桩的受力机理与管桩相似，因此有不少学者提出了不少新的估算方法；例如阮翔等提出了桩端后注浆的大直径钻孔管桩桩单桩极限承载力的估算可根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2018）中预制桩的参数取低值的建议，该方法计算方便，忽视了桩端及桩侧增强系数。

王华等依托Maag(1938)的球形扩散简化计算模式，将注浆后桩端处看成球体受力，将桩端处的受力面积有原来的桩端面积修正为扩散后的球体面积，并考虑桩侧及桩端后注浆增强系数，结合实际工程形状得出了具有一定可靠度及适用性的后注浆灌注桩估算方法。

黄丽娟等通过对不同地质后注浆钻孔灌注桩承载力试验研究，验证了桩端承载力和桩侧摩阻力在不同桩端土层强度条件下会产生不同的相互作用和影响，在规范公式的基础上，对桩端及桩侧后注浆增强系数进行了细化。

现阶段的研究成果均表明采用后注浆技术钻孔灌注桩承载力及沉降均可得到一定的改善，但在承载力计算方法上目前主要按桩侧及桩端分项增强系数计算，但相关计算系数分歧较大。

由于后注浆灌注桩的受力机理与预制桩类似，因此，可参照预制桩承载力的计算方法对后注浆灌注桩承载力估算方法进行改进。

3改进的后注浆灌注桩承载力计算方法由于桩端后注浆的增强效果较好，现阶段后注浆技术以桩端后注浆运用较为广泛。

根据上述分析可知，《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2018）中的计算方法并未考虑注浆加固过程中存在的扩散相应，桩端形成半椭球状加固体，桩侧形成围绕桩体的柱状加固层，桩端后注浆灌注桩示意图见图1。

3.1改进的后注浆灌注桩承载力计算方法
桩端后注浆灌注桩承载力可以分为三个部分，宜分别考虑。

①桩侧非增强段：非增强段不受后注浆的影响，其提供的极限侧阻力标准值可按规范计算；②桩侧增强段：水泥浆液在该段围绕桩体形成一圈加固层，对桩侧泥皮及松弛效应的加固作用是明显的，可采用浆液扩散半径r定义加固层的厚度，即注浆后桩侧增强段计算有效半径为灌注桩半径与加固层厚度r之和；③桩端增强段：桩端处沉渣得到加固且形成一定直径的半椭球体加固段，桩端承载面积增加；经上述研究分析，得到改进后的后注浆灌注桩承载力估算方法为：
式中，R为灌注桩半径，r为浆液扩散半径，根据桩端处土性取值，取25~60mm，砂性土取高值，粘性土取低值；其余参数可参考《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2018）第5.3.10条。

3.2改进公式的工程实例验证
为验证改进公式的可靠性，分别采用公式法及改进的计算方法对南通市海门区某后注浆钻孔灌注桩的承载力进行试算，并结合承载力检测资料，进一步验证改进公式的可靠性。

该项目采用的是桩端后注浆技术，根据地勘报告的内容，场地内主要土层及灌注桩设计参数见表1。

本工程设计桩长65m，桩径900m，以层10粉砂夹细砂为桩端持力层，混凝土强度C45；根据勘察报告提供的后注浆灌注桩参数计算得出，单桩极限抗压承载力标准值为10560kN；采用公式（2），R取450mm，浆液扩散半径r取较大值，即60mm;典型的单桩极限抗压承载力标准值为11360kN；单桩竖向静载荷试验结果见图2。

根据本工程后注浆灌注桩静载荷试验结果可知，当加载至12900kN时，最大沉降量为86.89mm，达到终止加载条件，单桩竖向抗压承载力建议值取11600kN；该试验结果与公式（2）的计算结果较为接近，而勘察单位根据规范及地区经验参数的计算结果较小，进一步验证了本文改进公式的适用性。

4结论
本文通过对钻孔灌注桩后注浆计算方法的探讨，在规范和前人的研究基础上，将后注浆灌注桩承载力分为桩侧非增强段、桩侧增强段及桩端增强段三段分别考虑，引入浆液扩散的概念，结合实际提出了改进的桩端后注浆灌注桩承载力估算方法，并采用该方法结合静载荷试验结果对工程实例进行了验证，结果表明改进的后注浆灌注桩承载力估算方法具有一定是适用性。

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