1、1浅谈公路桥梁后压浆技术试验研究摘要：为进一步剖析后压浆工艺对公路桥梁钻孔灌注桩侧阻力、端阻力及极限承载力的作用机理, 从而为确定合理的承载力计算模式奠定基础, 在总结既有计算公式的优势和不足的基础上比选获得了具有适应性的计算方法,制作了 2 组试桩及 1 组工艺桩进行了静载试验及注浆性状直观剖示试验研究。结果表明, 由于沉渣固结及泥皮置换作用使得后压浆桩基承载性状得到了充分发挥, 应用建科院公式更能够反映后压浆桩的承载力状况, 研究成果可直接应用于同类型桩基的设计中。 关键词： 公路桥梁 后压浆技术 试验 中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号： 前言 公路桥梁后压浆技术是在钻孔灌注
2、桩成桩后, 当桩身达到一定强度后, 通过预埋在桩内的注浆管, 将以水泥为主剂的浆液压入桩底与桩周土体中, 以充填灌浆、渗透灌浆、劈裂灌浆或压密灌浆等多种形式对孔底沉渣、持力层软化、土层扰动及桩端附近土层和泥浆护壁泥皮等起到渗透、填充、压密、固结的作用, 使之形成一种中高强的水泥土层, 从而使桩扩大桩头、增加受力面积。 一、后压浆技术 随着后压浆工法在建筑工程中应用的日趋成熟, 对于公路桥梁建设项目中的钻孔灌注桩, 借鉴该工法进行的后压浆技术大规模推广应用也2逐渐得以发展 。对于公路工程项目, 归纳起来具有 3 方面的独特性: ( 1) 路线长、跨度大、分布地域广, 桩基所处地质情况多变、复杂;
3、 ( 2) 可变作用的存在使得传递到桩基的竖向荷载量值较大且非恒定; ( 3) 桩基基数大, 通常桩径也较大。 结合公路桥梁桩基础的具体特点, 考虑到后压浆技术在公路行业的研究起步较晚, 同时由于钻孔灌注后压浆桩技术又是一项实践先于理论研究的技术, 国内外的研究主要集中在工艺的改进、机理的定性分析及小范围的工程实例应用等方面。因此, 目前在公路行业关于后压浆桩基的研究仍缺乏充足的样本资料积累, 从而无法形成系统合理的计算模式。本文在归纳总结既有后压浆桩承载力计算方法的基础上, 通过预埋的内力测试系统的试桩比对试验, 结合工艺桩剖示的桩底与桩周传力性状, 比选出能够代表渭河平原地区地质特性的后压
4、浆桩基承载力计算方法, 其适用性得到了桩基静载试验的验证。 二、 静载试验研究 1 试验区工程地质概况 试验区上部地层为全新统冲积黄土状土、亚黏土、亚砂土, 局部含砂粒, 下部地层为全新统冲积中细砂、中粗砂含砾及砂砾石层, 其间夹薄层透镜状亚黏土、亚砂土层。 2 试桩静载试验 （1）试桩设计 试验工程共 2 组试验桩、每组 3 根, 设计参数见表 1。第 1 组试桩采用后压浆工艺, 每根桩设置 1 根桩侧压浆管 , 3 根桩端压浆管; 第 2 3组试桩作为后压浆的对比桩, 采用常规灌注工艺。两组试桩桩身同时埋设了钢筋计和滑动测微计管, 进行内力测试。 （2）后压浆参数 对于第 1 组后压浆试桩
5、, 压浆参数见表 2。 （3）试验过程 采用锚桩横梁反力装置进行试桩的破坏性试验, 3 试验结果 （1） 沉降试验 以加、卸载分级荷载下的 Q-S 曲线及桩身内力实测曲线为基准, 对两组试桩试验结果进行对比分析, 试验结果如图 1、图 2 所示。 图 1 加卸载 Q-S 曲线对比 图 1 加卸载 S-lgt 曲线对比 从图 1、图 2 可以看出, 后压浆灌注桩沉降曲线较未采用后压浆的桩基的曲线缓和许多, 表明后压浆桩基荷载传递减缓, 各级荷载时沉降减小, 沉降稳定较快。桩顶荷载相同时, 后压浆灌注桩累计沉降量远小于常规灌注桩, 在加载等级 18 000 kN 时, 累计沉降量减少达 80% 以
6、上。4（2）桩身内力试验 通过预埋的钢筋应力计和滑动测 KGFVY-7733B-8WCK9-KTG64-BC7D8微计能够实时量测桩身的内力, 从而根据静力平衡换算得到桩侧摩阻力和桩端支承力, 以此实测值为基准, 对两组试桩试验结果进行对比分析, 试验结果如图 3 所示。 图 3 侧阻力和端阻力发挥性状对比 从图 3 中可以看出, 压浆桩侧阻力及端阻力曲线斜率均较未压浆桩大, 说明其阻力发挥充分, 增长速度快。未压浆桩由于桩端沉渣和持力层的扰动, 端阻力在很大沉降的情况下才因沉渣固结而有所发挥, 而压浆桩在沉降很小时端阻力就逐渐发挥, 而且提高极快, 占桩承载力的比例较高( 30% 50%)
7、。同级荷载时, 压浆桩侧阻力较未压浆桩侧阻力有所提高。 三、注浆性状直观剖示试验 1 常规灌注试桩剖示 （1） 桩周泥皮现象 为对比分析后压浆桩周土体荷载传力性状, 对 S2 组未压浆试桩上部约 5 m 范围进行开挖。结果显示, 桩身粘有厚约 5 10 cm 的潮湿的泥皮, 系成孔时护壁泥浆未干所致 （2）影响机理 5该层泥皮对桩侧阻力产生了润滑的作用, 导致桩周侧阻力减小, 桩基承载力降低。因此, 在成桩前期, 采用不同的成孔工艺( 循环钻和旋挖钻) 对桩基承载力存在一定影响, 采用旋挖钻成孔的桩基承载力较采用循环钻成孔的桩基承载力高; 同时, 剖示结果也直观表明, 对于循环钻成孔的桩基其竖
8、向极限承载力需要较长的时间逐步发挥。 2 后注浆试桩剖示 （1）注浆性状直观表征 从试桩后压浆过程中看到浆液上返, 从桩周土层冒出, 浆液沿桩侧面充填胶结附在桩侧面的泥皮,形成固化的水泥土结石。由现场效果判断, 桩端压浆浆液循桩侧泥皮和软弱扰动层向上扩散 8 12 m, 同时桩身也被2 4 cm 厚水泥浆液包裹, 后压浆的痕迹明显可见。 （2）机理分析 后注浆通过向桩侧饱和土、饱和软黏土中渗入注浆、压密注浆, 使桩侧土的孔隙水压力增大, 形成孔隙水压向地面消散, 排挤出桩侧土中的泥浆水, 水泥浆进入置换, 土中形成水泥浆脉、浆泡, 加速了桩周土的固结压密, 对桩侧阻力起增强作用。同时, 对于桩
9、周为中粗砂类土的地质情况, 一般会形成以桩体为核心向外辐射的浆脉网, 由于劈裂面受到浆液的挤压, 土体被压缩固结, 浆脉网可提高土体的刚度和稳定性。这一增强现象从试桩静载试验的轴力测试中也得到证实。 四、承载力计算 1 竖向极限承载力 由静载试验中单桩的极限承载力结果( 表 3) 可以看出, 虽然在试验6中后压浆灌注桩( S1 组) 还未达到极限破坏 , 但是, 其竖向荷载等级已经达到同参数未压浆试桩( S2 组) 极限承载力的 1.5 倍, 提高的幅度达45% 及以上。 表 3 各试桩最大加载量及极限承载力 而式( 2) 中计入压浆量对承载力的影响系数 g 来估算极限承载力的公式较符合后压浆
10、桩基承载力的计算模式, 其中后压浆桩最大加载量影响系数 g 可通过实际注浆量与合理压浆量的比对来确定, 以此反映压浆量对承载力的贡献。 2 容许承载力 对于陕西省渭河平原区域内以中细砂、中粗砂含砾及砂砾石层为主要地质构造特征的桥址, 在新建项目中进行后压浆桩基设计时, 可直接计算后压浆桩基的容许承载力, 其中根据试验结果得到的桩阻力增强系数见表 4。 表 4 后压浆桩阻力增强系数 5 结语 ( 1) 在后压浆桩基承载力计算方法中, 经验系数法的公式几何概念明确, 便于理解和应用, 计算值与实际值相符, 但一些参数的取值还需在积累大量实测数据的基础上总结获得。 7( 2) 桩径 130 cm、桩
11、长 25 m 的钻孔灌注桩, 采用联合压浆工艺, 同时加固桩端土层及桩侧泥皮, 桥梁桩基承载力增幅可达 45%以上, 采用后压浆技术后, 更能确保桩基承载力。 ( 3) 采用后压浆技术可明显提高桩基承载力，减小桩顶沉降量，同时能对高速公路桩基长度进行优化，节省工程投资，保证工程质量。静载试验结果充分验证了后压浆提高桩基承载力的工作机理, 为公路桥梁实际工程中全面采用后压浆技术提供了一定的依据和参考。 参考文献 1 廖红霞,姜海力.后压浆钻孔灌注桩在渭河特大桥中的应用J. 黑龙江科技信息. 2010(22) 2 黎见明.后压浆技术在公路桥梁桩基础中的应用研究J. 广东土木与建筑. 2009(05) 3 刘中宇,霍东发.高速公路桥梁桩基嵌岩桩的施工技术探讨J. 科技创新导报. 2011(13) 4 布克明,殷坤龙,龚维明.钻孔后压浆技术在苏通大桥基础工程中的应用J. 岩土力学. 2008(06)
