预应力混凝土管桩桩端桩侧联合后注浆模型试验研究

作者：杨德欢 黄小娟 刘俊斌 柴任钢 闫肃 王斌 赵贤 聂重军 来源：《科技资讯》 2012年第28期

杨德欢 黄小娟 刘俊斌 柴任钢 闫肃 王斌 赵贤 聂重军

(长沙学院土木工程系 湖南长沙 410003)

摘 要:目前国内对预应力混凝土管桩桩底桩侧联合后注浆的承载力特性研究很少,制约了该新技术的推广。文章通过对室内模拟试验和数值分析对管桩不同注浆方式的承载力特性进行了研究,对比分析了普通砂土中桩底注浆、桩侧注浆、联合注浆以及不注浆预应力管桩的承载力机理,观测了浆体在土中的分布情况,分析了不同注浆方式对承载力和沉降量的影响。通过室内模拟试验得到了较理想的结果,为管桩联合后注浆技术提供了借鉴意义,对实际工程中的应用同样具有指导意义。

关键词:管桩 桩底 桩侧联合后注浆 模型试验 数值分析

中图分类号:TU5文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)10(a)-0039-01

改革开放以来,我国经济建设带动了土木建筑工程的迅速发展,大量的高层建筑、民用住宅、公用工程及大跨度桥梁、高速公路、港口、码头等工程均需要优质的桩基础。预应力混凝土管桩由于在地基加固、施工工期、工程造价及环保等方面与传统地基处理方法相比具有较大的优越性,因此在工程中得到了广泛应用。

关于后注浆对预应力混凝土管桩承载力的影响,主要研究方法有现场测试和数值分析。本文从模型试验入手,后注浆质量控制采用注浆量和注浆压力双控方法,以水泥浆液注入量控制为主,泵送终止压力控制为辅,通过对注浆桩的静载试验和开挖检查,采用数值方法分析普通砂土中注浆体的分布形式和分布位置对承载力的影响。

1 试验方法和准备

1.1 模型桩制作

本试验以联塑PPR管为模型桩进行试验,根据相似性原理选取桩入土深度1.2m。试验基坑深2m,净长5m,净宽1.25m,并考虑相邻桩之间注浆影响的最小间距,将四根试验桩人工定位于试验基坑,编号A、B、C、D,试验桩E作为温度补偿。分层回填砂土至设计标高,人工降水使砂土密实模拟打桩挤土效应。每根试验桩上选取5个不同截面对称粘贴应变片,监测桩侧摩阻力的变化,用环氧树脂做好防潮处理。试验桩制作方案见表1。

1.2 试验桩周普通砂的选取及砂的参数

本次试验桩周土采用砂土(采用砂土可以大大缩短土体沉降完成所需要的时间),砂土采于某工程场地。砂土为黄褐色,松散状,矿物成分主要有:云母和石英,含少量的粉土。

填筑完成后,在试验槽内随机选择两个位置进行标准贯入度试验,测得N1=1,N2=1,因此标准贯入度试验结果选择为N=1。由《工程地质手册》的经验计算公式和现场取试验砂土进行室内试验测得试验砂土的性质指标结果见表2。

2 注浆体分布效果的承载力分析

2.1 注浆点不同单桩承载力比较

本次试验注浆系统采用上海红信HX-4800水泥灌浆机,由空压机、压力表、控制阀门及注浆管路等构成。根据试桩试验的容许注浆压力结果,注浆压力控制值为600～800kPa;由于砂土渗透性大,采用分级分压法。使用32.5级的普通硅酸盐水泥,水灰比0.6,加入亚硫酸盐减水剂。为便于比较,经过试注,确定每根桩总注浆量均采用5000ml,注浆前,先沿注浆管压入一定量的清水,疏通注浆通道。注浆7天浆液凝固后进行静载试验,采用快速加载法逐级加载,直至超过桩基规范规定的加载终止条件停止加载。联合注浆的效果明显好于其他方式且在一定注浆压力下,单桩承载力随注浆量增大而增大,但注浆量增大到一定范围后,单桩承载力增加已不太明显。

2.2 侧阻力变化特性

试验通过应变片的测量数据得到了桩不同断面的轴力,结合桩身截面参数求得在不同深度处的桩侧摩阻力。

(1)桩土之间产生相对位移是桩侧阻力发挥的前提。一般情况下侧摩阻力的发挥所需要的位移量要比端阻力小得多,因此初期荷载较小时,桩侧阻力所占荷载比例较大。

(2)在加荷初期,由于桩身的压缩量很小,所以桩侧阻力沿桩身从上到下差别不是很大。

(3)桩侧注浆试验桩的桩侧阻力所占桩顶荷载的比例较大,呈现出摩擦端承桩的性质,而桩端注浆试验桩和联合注浆试验桩的桩侧阻力所占桩顶荷载的比例较小,呈现出端承摩擦桩的性质。

2.3 浆体的分布观察

通过试验结束后的开挖观测可知:对于桩侧注浆试验桩,浆液主要集中在注浆孔附近,由桩壁向外水平扩张,形成直径大小不一的浆块,表面凹凸不平。对于桩底注浆试验桩,浆液的分布由桩底水泥浆扩大头、桩侧薄水泥浆片、沿桩身向外劈裂形成的垂直片状浆块3部分组成。桩底扩大头呈锥体分布;桩侧的浆液则沿桩身连续分布一直延伸至地表,几乎将桩身全部包围,但与桩身间存在较多的裂隙。

3 结论

本文通过模拟试验研究了在相同条件作用下不同注浆方式对注浆试验桩承载力和沉降量的特性的变化规律。综合上述试验测试结果,得到以下结论。

(1)试验桩由于浆液通过渗透、部分挤密、填充及固结作用,在桩侧非注浆点处形成一层浆壳,这层浆壳或单独存在而固化或与泥皮发生物理化学反应而固化,扩大了桩身断面,即增加桩侧摩擦面积。

(2)在桩侧注浆点处,由于浆液的挤压作用,形成凸出的非理想的球形、柱形浆液包结石体,这已为开挖观察所证实。

(3)由于桩的承载能力挺高,在上部荷载一定的情况下,可减少管桩用桩数量或者桩的长度,从而减轻打桩过程的挤土效应,很大程度上解决打桩难的问题。

参考文献

[1]戴政华,吕士珍,毛连义.沉管灌注桩单桩承载力值不足的原因分析[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2004.

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