太原地区后注浆灌注桩承载力估算分析

王敏泽

(山西省建筑科学研究院，山西太原 030001)

灌注桩后注浆是一项保证灌注桩成桩质量的辅助技术。注浆技术始于19世纪初，有文献记载1961年在委内瑞拉修建大桥时首次运用了钻孔灌注桩的底部灌浆技术。国内1974年在天津塘沽新港进行了氰凝固结桩间土的灌浆试验，灌浆后桩的载荷试验表明，单桩竖向极限承载力提高了50%。此后经过多年的潜心研究和推广，灌注桩后注浆技术于20世纪90年代后期得到蓬勃发展，目前此项技术已应用于全国20多个省市的数以千计的桩基工程中。相关行业标准和技术文件:JGJ 94-2008建筑桩基技术规范［1］、JTG D63-2007 公路桥涵地基与基础设计规范［2］、《全国民用建筑工程设计技术措施》［3］等均将后注浆技术列入其中。众多工程技术人员对不同地区灌注桩后注浆应用效果进行了总结:胡春林、李向东、吴朝晖［4］分析了汉口地区72个工程项目的186根静载荷试验试桩数据，根据试桩结果统计出汉口地区后注浆灌注桩极限承载力的增幅值及承载力提高系数分布规律，并提出相应计算公式。温济明［5］通过总结惠州市135根后注浆灌注桩静载荷试验结果，提出了后注浆灌注桩的桩侧及桩端承载力提高系数，并提出相应计算公式。王卫东、吴江斌、李进军等［6］通过对上海地区桩端后注浆灌注桩的桩端承载特性进行研究，得出桩端后注浆技术改善了灌注桩的桩端承载特性，大幅度提高了桩端土体的承载能力和变形特性的结论。费鸿庆［7］根据大量后注浆钻孔灌注桩设计与施工实践经验，提出了西安地区后注浆钻孔灌注桩施工质量影响因素及对策。这些标准文件和地区研究成果为灌注桩后注浆技术的广泛适用提供了可参考依据。但由于岩土体本身所特有的多相性，变异性和不连续性，在不同地区应用效果亦具有明显差异，故此项技术的应用效果尚应结合当地岩土工程条件和施工工艺加以研究总结。本文结合太原地区数十项后注浆灌注桩工程的基桩测试资料，研究总结了后注浆技术在本地区的应用效果。

1 太原地区后注浆应用简介

太原地区地处晋中平原汾河流域，受其影响，大多为冲积和洪积地层，地貌单元为从汾河Ⅰ级阶地、Ⅱ级阶地到阶地与洪积扇的过渡区。汾河东岸Ⅰ级阶地靠近河床一带，地层以砂层为主，夹黏土、粉质黏土，砂土厚度大。Ⅰ级阶地的外侧到Ⅱ级阶地，地层多为粉质黏土、粉土与细中砂互层。Ⅱ级阶地外缘，地层上部多为黄土，下部多为粉土和粗砾砂等。汾河西岸Ⅰ级阶地，上部一般为粉土和粉质黏土夹砂土层，下部为中粗砂层。已有勘察资料显示，太原地区在地表下30 m，45 m，60 m左右普遍存在一层厚3 m～10 m的砂层，为后注浆技术的应用提供了良好的地层条件。太原地区自1999年年底和2000年年初分别引进了中国建科院地基所桩侧、桩端后注浆技术和西南交通大学岩土所桩端后注浆技术，十多年来已在上百项工程中得到推广应用，取得了显著的技术经济效益，目前已成为本地区高层、超高层建筑的主要基础形式。

2 加固机理简述

后注浆的直接效果体现在单桩承载力的提高和沉降的减小上。其加固机理是成桩时在桩底或桩侧预制注浆管路和注浆装置，待桩身达到一定强度后，通过注浆管路，利用高压压浆泵注以水泥为主剂的浆液，根据浆液性状、土层特性和注浆参数的不同，压力浆液对桩端沉渣、桩侧泥皮及桩周土体分别起到渗透、充填、劈裂、压密扩容及固结等不同作用，对孔底沉渣和桩侧泥皮进行固化，从而消除传统灌注桩施工工艺固有缺陷，通过改善桩侧、桩端土体的物理力学性质及桩土间界面的几何和力学条件，达到提高桩的承载力，减少沉降的目的。

3 后注浆灌注桩侧阻、端阻及承载力提高分析

3.1 桩侧阻力、端阻力提高系数分析

本文统计了13根能获得较准确的极限侧阻力和极限端阻力的试桩资料，结合勘察报告对桩侧阻力、端阻力进行计算，结果见表1。

3.1.1 桩侧阻提高分析

从表1可看出，13根桩侧阻提高系数范围为1.44～2.81，将其分成15个区间，每个区间长度为0.1，画出13根桩侧阻力提高系数的频数分布图，如图1所示。

图1 侧阻力提高系数

从图1可看出，13根桩的侧阻提高系数分布较分散，这是由于所测试灌注桩地下水位差异较大，桩穿越土层不尽相同，桩侧注浆施工有所差别所致;13根桩的侧阻提高系数分布范围为1.44～2.81;太原地区桩身主要穿越粉土、粉质黏土、粉细砂、中砂、粗砾砂、卵砾石等其中的一种或几种，其中卵砾石较少，本次统计未涉及。

根据本次统计结果，参考本地区工程经验，建议在估算后注浆桩侧阻力时，根据桩身穿越的土层特性，侧阻力提高系数可按 表2取值。

表1 13根试桩侧阻、端阻提高系数计算结果

表2 侧阻力提高系数建议值

3.1.2 桩端阻力提高分析

从表1可看出，端阻力提高系数范围为1.70～6.67，将其分成7个区间，每个区间长度为1.00，画出13根桩承载力提高系数的频数分布图，如图2所示。

图2 桩端阻力提高系数直方图

由图2可看出，13根桩端阻力提高系数变化范围较大，其最小值为1.70，最大值为 6.67，主要集中在 1.70 ～5.00 范围内;由于工程实例中破坏性试验较少，在桩基承载力未达极限时，桩端阻力达不到很好发挥，不同的土层发挥程度有差异;根据本次统计结果，端阻力提高系数大致范围为1.70～5.00;一般粗粒土显著大于细粒土。建议进行后注浆承载力估算时，桩端阻力提高系数可参考表3取值。

表3 端阻力提高系数建议值

3.2 承载力提高分析

单桩极限承载力提高系数共统计了154根桩，提高系数范围为1.00 ～3.20，将其分成32 个小区间，每个区间长度为 0.1，画出154根桩承载力提高系数的频数分布图，如图3所示。

图3 承载力提高系数直方图

从图3中可以看出承载力提高系数最大值为3.20，最小值为1.00，数值离散性较大。但大部分数据在1.70～2.80范围内，共有113根，占到统计总数的73.38%;小于1.70的共22根，占总数的14.29%;大于2.80的共19根，占总数的12.33%。

考虑本地区普遍施工水平及地层情况，建议后注浆承载力提高系数可取1.50 ～2.50。

4 太原地区后注浆灌注桩承载力估算公式

4.1 估算公式

1)Quk'= βQuk。

其中，Quk'为后注浆灌注桩极限承载力值，kN;Quk为普通灌注桩的极限承载力，kN;β为注浆后极限承载力提高系数，建议取1.5～2.5，根据成孔工艺、注浆方式、桩长、地层等因素选用。

其中，u为桩身周长，m;qi为第i层土的极限侧阻力标准值，kPa;li为桩穿越第i层土的厚度，m;qp为极限端阻力标准值，kPa;Ap为桩端面积，m2;βsi为后注浆桩侧阻力提高系数，与注浆方式、土层结构、桩长、桩径、注浆质量等因素有关，根据桩身穿越土层地质情况，按表2选用;βp为后注浆桩端阻力提高系数，与注浆方式、土层结构、桩长、桩径、注浆质量等因素有关，根据桩端持力层土性的不同，按表3选用。

4.2 实例验证

为验证本研究所提参数及计算公式的合理性，选取太原地区3个不同工程进行分析、计算，结果见表4。

表4 实例验证表

从表4可看出:

1)工程实例所提供灌注桩侧阻、端阻增强系数均在研究成果范围内;2)后注浆灌注桩极限承载力提高系数介于1.59～2.01之间，在本文研究成果范围之内;3)当采用勘察报告所提后注浆桩侧阻及端阻提高系数，按照本文所提公式进行计算时，所得计算结果均小于实际静载荷试验结果，误差为0.80%～15.2%之间，这既体现了本文所提计算公式的安全合理，又满足工程要求。

5 结语

1)本文根据太原地区数十项工程试桩数据，提出了后注浆灌注桩桩侧、桩端阻力提高系数和承载力提高系数。2)根据试验研究，结合工程经验，提出了合理、实用的后注浆灌注桩承载力估算公式，并进行了实例验证。

［1］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.

［2］JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范［S］.

［3］中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施(地基与基础)［M］.北京:中国计划出版社，2009.

［4］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.

［5］温济明.后压浆钻孔灌注桩单桩极限承载力研究［J］.湖南城市学院学报，2004，13(4):5-7.

［6］王卫东，吴江斌，李进军，等.桩端后注浆灌注桩的桩端承载特性研究［J］.土木工程学报，2007(40):75-80.

［7］费鸿庆.西安地区后注浆钻孔灌注桩施工质量影响因素及对策［J］.桩基工程技术进展，2005(15):264-267.