第26卷 第5期 2004年 9月
ChineseJournalofGeotechnicalEngineering
岩 土 工 程 学 报
Vol.26 No.5 Sep., 2004
软土地基灌注桩、挤扩支盘桩和注浆桩应用效果分析
Analysisoneffectofgroutingpile,squeezedbranchpile
andbottomgroutingpile
张忠苗,辛公锋,夏唐代,楼一层
(浙江大学岩土工程研究所,浙江杭州 310027)
关键词:软土地基;挤扩支盘桩;桩底后注浆;试验
中图分类号:TU473.1 文献标识码:A 文章编号:1000-4548(2004)05-0709-03
作者简介:张忠苗(1961-),男,浙江宁海人,博士,教授。主要从事桩基与基础工程的科研、教学和检测工作。
高幅度更大。
0 前 言
已有众多的理论与实测对挤扩支盘桩和桩底后注浆桩的荷载传递机理进行了研究
[1～4]
。但目前关于它
们的适用性尤其是在软土地区的应用效果还缺少详细的研究,这也是一个众所关心的课题。本文拟以一个典型工程实例,来分析普通桩、挤扩支盘桩与桩底后注
浆桩在软土地基中的应用效果,供参考。
1 工程地质概况
某花园城位于杭州市区,分南区、中区和北区三大块。中区共有20～25层的高层建筑6幢,7～15层小高层建筑10幢。地基土物理力学性质指标见表1。
本次试验对普通灌注桩、挤扩支盘灌注桩和桩底后注浆灌注桩分别进行了单桩竖向静荷载试验,以进行对比分析。各类型桩的技术指标见表2。挤扩支盘桩S2和S3主桩径800mm,设置三个承力盘,承力盘直径1.6m,分别设置在7-3粉质黏土层,8-1黏土层和8-2粉质黏土层。注浆桩S1采用桩底后注浆技术,在成桩15d后高压灌注水泥浆液。试验按照《建筑桩基技术规范JGJ94-94》进行,采用锚桩反力架加载系统,慢速维持荷载法加载。试验时观测每级荷载作用下的桩顶和桩端沉降,同时观测S2的桩身应变计读数,计算其在各级荷载作用下的桩身轴力。
图1 试桩Q—St曲线Fig.1 Q—Stcurvesoftestpiles
分析曲线还可以看到,支盘桩S2加载到6600kN时,桩顶沉降从上一级荷载下的10.29mm增加到
18.41mm,桩端沉降也相应从1.50mm增加到6.33mm,随后沉降速率增大。表明桩端存在较厚沉渣。
对于卵砾石持力层,当采用反循环施工工艺时,存在三个缺陷:一是施工容易使砂砾石层扰动,降低端阻;二是清孔时易于将其中的小颗粒清除,使得持力层孔隙比增大,压缩性增加;三是采用泥浆护壁,使侧阻降低,且由于泥浆渗入持力层空隙,使得清渣困难,端阻降低。
从S2的试验结果看,采用挤扩支盘桩并没有解决这三个问题。同时,在塑性指数较大或者状态较软的黏性土中,成盘会产生困难,挤压成腔时易发生腔体回缩,反复挤压放慢了施工进度,泥浆护壁同时给清孔增加了难度,此时施工技术就成为影响承载力的关键因素。
但在软土中采用桩底后注浆技术,较好地解决了上述问题,大幅度提高了其承载力并减小了沉降,更能减小群桩的不均匀沉降,而且施工简单。采用桩底后注浆技术关键是要根据不同土层确定合适的注浆工艺,控制正确的注浆压力和注浆量,选择恰当的浆液浓度和注浆节奏,在灌注时实行注浆量和注浆压力双控
[3][3]
2 荷载传递性状实测分析
2.1 Q-St曲线分析
图1为四根试桩Q—St(桩顶沉降)曲线。分析可以看到,注浆桩S1与挤扩支盘桩S3的Q-St曲线均为缓变型,说明这两种类型桩均具有良好的承载性能。对比普通桩,单桩承载力均有提高,表现为在相同荷载水平下桩顶沉降减小,尤其在高水平荷载下,承载力提。
收稿日期:2003-10-10710
岩 土 工 程 学 报表1 地基土物理力学性质指标
Table1 Thephysicalandmechanicalparametersofsoil
2004年
编号1-11-22-12-22-33-13-25-27-17-27-37-47-58-18-29-19-29-3
土层名称杂填土素填土粉质黏土粉质黏土黏质粉土淤泥质黏土淤泥质粉质黏土粉质黏土粉质黏土黏土粉质黏土粉质黏土黏土黏土粉质黏土粉砂、细砂砾砂圆砾
埋深 m0.42.94.18.115.316.423.12830.736.942.4.8.9
ω
%30.235.631.831.247.14132.530.930.632.32733.540.626.524.7
γ
(kN·m-3)
19.118.5
19.11917.417.91919.219.218.919.618.91819.619.4
e
Es
MPa33.24.562.12..258.46.16..78.68.810.21528
Ip
φ (°)c
kPa
fk
kPa80
qsu
kPa121824308122028483850493632454868
qpu kPa
0.91
0.90.91.31.20.90.90.90.90.80.91.10.80.7
12.316.3
12.99.21914.415.815.822.116.314.922.722.413.39
22
26.511.819.922.519.921.920.721.517.716.52830.7
8
1210.78143951.724.72852.350.633.432
95
1201256575110150220150200170180180190220280
1500100018001500
5000
分析图1曲线可以看到,在加载前期,支盘桩效果并不明显。这主要是因为该设计中的支盘位置比较靠下,最上面一个支盘位于地面标高下24.85m,在较高的荷载水平下支盘才起到作用。因此在深厚软土地区,由于上部没有合适土层供设置支盘,支盘位置比较靠下,其承载性能及发挥时间与在非软土中不同,适用效果还需要进一步探讨。
加载后期,注浆桩与支盘桩出现了不同的发展趋势,注浆桩Q—St曲线更加平缓,承载力更高。分析原因,一是支盘桩在挤扩过程中对土体产生扰动,降低了侧阻和承载力;二是支盘上斜面一定范围内土体松动,降低了侧阻力,随着荷载增加,承力支盘在荷载作用下下移,与土体形成相对位移并导致上一支盘下部土体在支盘荷载作用下沉降增大。注浆桩由于对桩端采用压力注浆,不但改善了桩端土性状,而且由于浆液沿泥浆壁扩散及注浆后的残余应力,改善了桩侧土性状,提高了桩侧土摩阻力轴力减小。
表2 试桩技术指标
Table2 Technicqlparametersoftestpiles
编号
桩型
桩径
mm800800800800桩长 m
混凝土支盘位置
持力层
标号(地面标高下 m)
C30C40C40C3025.03,
31.03,
[4]
2.2 Q—Sb曲线分析
图2 试桩Q—Sb曲线Fig.2 Q—Sbcurvesoftestpiles
上图为Q—Sb(桩端沉降)曲线。分析曲线可以看到,加荷前期,三种桩型的桩端沉降都很小,S1在加载至4320kN时,桩端才出现沉降0.13mm,S2在加载到4400kN时,桩端沉降0.35mm,S4加载到4320kN时,沉降0.25mm。说明随着上部荷载的加,荷载逐步
向下传递,使得桩端沉降逐渐增大。同时也说明在工作荷载作用下,对于长桩,其承载力主要靠侧摩阻力提供。2.3 桩身轴力分析
图3为支盘桩S2在各级荷载作用下的桩身轴力曲线。可见支盘桩荷载传递方式与普通桩的荷载传递机理并无大的不同。随着桩顶荷载的增加逐渐由上向下传递。但在设置支盘的位置,轴力曲线的斜率变化较大,尤其是第一支盘处,说明承力盘的设置了改变了其承载性状,变该段单纯侧阻承载为侧阻与支盘的端,使得相同荷载作用下桩身
S1注浆桩S2三支盘S3三支盘S4普通桩469-3圆砾48.79-3圆砾48.559-3圆砾48.79-3圆砾40.83;24.85,30.85,40.30
第5期张忠苗,等.软土地基灌注桩、挤扩支盘桩和注浆桩应用效果分析711
这一点还可以从表3看到。但从曲线上看,注浆桩在相同荷载水平下桩身压缩量最小,更有利于桩承载性能的发挥。
表3 桩顶(端)回弹率表
Table3 Resilienceratioatheadandtipofpiles'桩号
桩顶回弹率 %桩端回弹率 %
S1
71.7343.75
S2
39.777.31
S3
70.8728.81
S4
58.613.72
从上表还可以看到,桩端回弹率注浆桩最大,为43.75%,说明桩端后注浆对改善桩端持力层效果明显,支盘桩由于支盘的多点端承效应,使得桩端力要小
于普通桩,因此其压缩和回弹率要大于普通桩。
图3 S2桩身轴力图Fig.3 AxialforceofpileS2
阻共同承载。且随着荷载增大,承力盘承载能力发挥
越明显。
从曲线还可以看到,在工作荷载下最下盘的轴力曲线斜率变化不大,说明下支盘承载力发挥有限。这也与前面的分析结果一致。2.4 桩身压缩量曲线分析
3 结 语
(1)软土地基中,在有合适的土层和一定层厚条件下,可以使用支盘桩,其极限承载力较普通桩有较大幅
度提高,但其沉降受桩端沉渣及持力层等因素影响。分支或承力盘由于设置的位置一般较低,其承载性能与在非软土地区有较大不同。同时,其施工工艺技术是影响承载力的一个重要因素。
(2)采用桩底后注浆技术,能较好的解决普通灌注桩和挤扩支盘桩无法解决的泥皮降低侧阻和桩端沉渣降低端阻的问题,且有助于减小群桩的不均匀沉降。该技术的关键是要有合适的持力层,并根据不同的持力层采用合适的注浆工艺和注浆参数。
(3)从单桩承载性能来看,在软土地基中注浆桩效果最好,支盘桩次之,二者均优于普通灌注桩。
图4 桩身压缩量曲线Fig.4 Compressioncurvesoftestpiles
参考文献:
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后注浆中的研究[J].岩土工程学报,2000,22(2):243-246.
图4为四根试桩的桩身压缩量曲线。分析曲线可以看出,相同荷载水平下,注浆桩的桩身压缩量小于支盘桩,支盘桩小于普通桩。可见采用桩底后注浆技术,不但改善了桩端土性状,同时也改善了桩侧土性状,提
高了桩侧摩阻力,使得相同荷载作用下桩身轴力减小,同时桩端持力层弹性模量的增加,利于荷载的向下传递和扩散。支盘桩由于支盘的设置,承担了部分荷载,减小了主桩身的轴力,使得桩身压缩量小于普通桩。
