淺析高壓注漿提高灌注樁承載力的機(jī)理

1、<p>　　淺析高壓注漿提高灌注樁承載力的機(jī)理</p><p>　　摘要：本文通過對壓漿機(jī)理、高壓注漿提高灌注樁承載力的影響因素及機(jī)理的分析，較為深刻的認(rèn)識了高壓注漿提高灌注樁單樁豎向承載力的作用，以達(dá)到更好利用高壓注漿技術(shù)的目的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高壓注漿、機(jī)理、單樁豎向承載力。 </p><p>　　中圖分類號：TP301文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

2、 </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　鉆孔灌注樁在基礎(chǔ)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，然而受施工條件、施工方法等因素的限制，灌注樁承載力往往很難達(dá)到預(yù)期的要求。因此，有效的提高灌注樁的承載力，以保證灌注樁的承載力要求就顯得尤為重要。高壓注漿作為一種提高灌注樁單樁豎向承載力的技術(shù)，以越來越多的應(yīng)用到工程實(shí)踐領(lǐng)域。正確認(rèn)識高壓注漿提高灌注樁承載力的機(jī)理，對

3、于更好的利用高壓注漿技術(shù)具有重要意義。 </p><p><b>　　2 壓漿機(jī)理分析 </b></p><p>　　2.1 壓漿材料的滲透理論 </p><p>　　壓漿材料在外力作用下滲入到巖土的裂隙或孔隙中，一般地說，壓力越大，注入的漿液量越多，擴(kuò)散的距離也就越遠(yuǎn)，加固的效果也就越好。但壓漿材料的滲透性好壞與諸多因素有關(guān)，如巖土的孔隙率及

4、孔隙大小，材料的可注性，壓漿的施工方法，地基的非均質(zhì)性，也下水的流動，壓漿材料的時間特性等。所以很難使壓漿的滲透來嚴(yán)格地理論化。 </p><p>　　在高壓注漿情況下，水泥漿液首先充滿地基土的空隙、裂隙中，然后隨著注漿壓力增大?？障丁⒘严吨鸩綌U(kuò)大，因此空隙周圍的土得到密實(shí)，也必然增加土顆粒的連接數(shù)，從而提高土的抗剪能力。 </p><p><b>　　2.2固結(jié)作用 </

5、b></p><p>　　2.2.1固結(jié)土強(qiáng)度的增長原理 </p><p>　　地基土在注漿后，無論是水泥漿液或是化學(xué)漿液，都是依靠漿液的滲透凝膠把土顆粒粘結(jié)在一起，并充填了巖土的孔隙，使土體密實(shí)度增加；同時，漿液在化學(xué)反應(yīng)進(jìn)程中，某些化學(xué)劑與巖土中的元素進(jìn)行離子交換形成了新的物質(zhì)，這都增加了固結(jié)的粘聚力。強(qiáng)度增長的原理可用下式表示： </p><p>　　注

6、漿前的元粘性土的抗剪強(qiáng)度（）為 </p><p>　　注漿后的抗剪強(qiáng)度（）為 </p><p>　　式中：為土體內(nèi)剪切面上法向有效應(yīng)力；為土的內(nèi)摩擦角；為土的粘聚力。 </p><p>　　2.2.2 粘性固結(jié)土的強(qiáng)度 </p><p>　　粘性土地基注漿后，在注漿壓力作用下，漿液克服了地基的初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，使土體沿垂直于小主應(yīng)力的平面上

7、發(fā)生劈裂，漿液進(jìn)入劈裂的土體形成脈狀漿液固結(jié)體。脈狀漿液固結(jié)體、由于漿液與土顆粒的化學(xué)作用以及因漿液脈狀滲透的注入壓力而擠密的土體、未受注漿影響的原地基土一起組成了一種復(fù)合地基，可共同承受上部荷載。 </p><p>　　在對飽和粘性土地基用注漿法進(jìn)行處理時，由于其透水性并、強(qiáng)度低、觸變性強(qiáng)等特點(diǎn)，可能使整個地基土質(zhì)改良的效果不太理想。所以在采用注漿法處理飽和軟粘土地基時應(yīng)慎重。 </p><

8、p>　　2.2.3 固結(jié)土的滲透性 </p><p>　　由于土的種類、注漿材料的種類、注漿方法的不同及漿液滲透的不均勻性，使得止水效果要低于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)試驗(yàn)的結(jié)果。一般來說，原地基的透水性大，止水的效果就好；原地基透水性小，止水效果就較差。 </p><p>　　3影響高壓注漿灌注樁承載力的因素 </p><p><b>　　3.1適用土層 </

9、b></p><p>　　當(dāng)灌漿材料的顆粒尺寸小于土的有效孔隙尺寸，即 時，表明土體具有容納漿粒的空間，漿液才是可灌的。在注漿過程中，如果漿液濃度較大，材料往往以兩?；蚨嗔５男问酵瑫r進(jìn)入孔隙，出現(xiàn)“擠?！爆F(xiàn)象，導(dǎo)致滲透通道的堵塞。能夠直接以滲透方式進(jìn)入的土層，僅包括中砂、粗砂、礫石等少數(shù)土層。由于滲透方式對漿材的擴(kuò)散較為有利，可以使?jié){材滲入土體后較 均勻地生成結(jié)石體，增加灌注樁的樁徑、樁長及樁 端截面積等，

10、因此較大幅度地提高樁的承載力。 對于顆粒粒徑比礫石更大的土層，如卵石、碎 石土等，其密實(shí)度如果過小，會由于漿液滲透系數(shù) 過大而產(chǎn)生流動，在這種土層中壓漿，漿材的走向 隨機(jī)性較大，無法有效控制，因而不宜設(shè)作壓漿土層。 對不能直接滲透壓漿的土層，其總厚度往往占樁身長度的較大比例，在這些土層中注漿，往往以 劈裂、擠密、推排充填等方式注入。 </p><p>　　3.2高壓注漿管的布置 </p><p

11、>　　所謂壓漿管布置，主要是指出漿口的布置。目前工程中常用樁端壓漿、樁側(cè)壓漿、樁端樁側(cè)聯(lián)合 壓漿等布置法。后壓漿主要通過改善樁底沉碴及樁側(cè)泥皮提高承載力。大量的研究表明：改善樁端沉碴優(yōu)于改善樁側(cè)泥皮所獲得的效果。在注漿總量相等時，樁端、樁側(cè)聯(lián)合壓漿比僅用端壓漿的承載力高。對于細(xì)砂層，其滲透系數(shù)已較接近壓漿可滲透系數(shù)，壓漿時先采用稀漿，這時一方面由于細(xì)砂層中孔隙水較易于消散，同時稀漿減少了漿材顆粒在細(xì)砂孔隙中灌漿 “擠?！钡母怕?。因

12、此，砂層及含礫砂層均可考慮布置側(cè)壓漿，中砂以上及含礫砂層可設(shè)為端壓漿。 </p><p>　　對于樁端土層適宜滲透注漿，而樁側(cè)絕大部分土層并不適宜滲透注漿的情形，往往會出現(xiàn)樁端壓漿量還末達(dá)到設(shè)計(jì)值時漿材便已沖破樁側(cè)泥皮冒出地面的現(xiàn)象，降低了等量水泥漿對承載力的提高幅度，造成注漿浪費(fèi)。在這種情況下，可以在樁側(cè)離樁端一定距離處設(shè)置側(cè)壓漿管，先進(jìn)行側(cè)壓漿，待漿材終凝后再進(jìn)行端壓漿。側(cè)壓漿距樁端的距離，應(yīng)大于漿材在樁側(cè)向

13、下注入的行進(jìn)距離。 </p><p>　　3.3高壓注漿順序 </p><p>　　在大面積樁基施工時，壓漿順序往往決定于樁基施工順序?？紤]到其它因素，如壓漿時漿液串入其它區(qū)域，硬化后將對該區(qū)域內(nèi)末施工的樁的鉆孔造成影響，因而往往將全部樁基根據(jù)集中程度劃分為若干區(qū)塊，每個區(qū)塊內(nèi)樁距相對集中，區(qū)塊之間最小樁距大于區(qū)塊內(nèi)最小樁距 2 倍以上。從而將壓漿影響區(qū)域限定于單個區(qū)塊之內(nèi)，各區(qū)塊之間的施

14、工順序不受影響。 對于區(qū)塊內(nèi)的各樁，宜采用先周邊后中心的順序壓漿。對周邊樁應(yīng)以對稱、有間隔的原則依次壓漿，直到中心。 </p><p>　　3.4高壓注漿手法 </p><p>　　壓漿手法是施工管理人員基于對壓漿過程的判斷而采用的注漿速度，屬于人為因素。選擇不同注漿速率的主要目的是為了提高壓漿量。如漿材在較短時間內(nèi)迅速冒出地面，由于壓漿壓力的大小取決于阻力的大小，這樣就破壞了泥皮阻滯注漿

15、所自然形成的注漿量條件。因此，適宜的壓漿速率應(yīng)使擠出孔隙水所需壓力與泥皮被 劈裂所需壓力之間大致達(dá)到平衡。 </p><p>　　4高壓注漿提高單樁承載力的機(jī)理分析 </p><p><b>　　4.1樁端壓漿 </b></p><p>　　在樁端壓注水泥漿液，漿液首先滲透到最疏松的樁端殘碴間隙中，與殘碴膠結(jié)結(jié)合成強(qiáng)度較高的混凝上，消除了孔底沉

16、碴的影響當(dāng)殘碴間隙被水泥漿液充滿后，隨著漿壓的增加，漿液將充填由于灌注混凝上離析形成“虛尖”、“干碴石”等，增加了樁端混凝上的強(qiáng)度 </p><p>　　隨著注漿量的進(jìn)一步增加及漿壓的增高，水泥漿液一方面向受泥漿浸泡而松軟的樁端持力層滲透，另一方面向樁端四周擴(kuò)散，形成梨形結(jié)石體，從而在壓實(shí)樁端上的同時，擴(kuò)大了樁端面積，提高了承載力.同時。漿液會沿樁壁上返，充填樁側(cè)與樁周土間的間隙，增大側(cè)阻力。當(dāng)漿液受到樁和樁端限

17、制時，漿壓被迫提高，將給樁底面施加反向的預(yù)應(yīng)力當(dāng)樁承受向下的豎向荷載時，此反向預(yù)應(yīng)力將分擔(dān)部分荷載，進(jìn)而提高單樁承載力。 </p><p><b>　　4.2 樁側(cè)壓漿 </b></p><p>　　樁側(cè)壓漿的主要作用是借助高壓使水泥漿滲透、充填、置換樁周泥皮和充填因樁身固化收縮形成的微間隙，擴(kuò)大灌漿段樁的有效半徑，提高了樁上粘結(jié)強(qiáng)度，從而提高樁側(cè)摩阻力。施工中常見的

18、泥皮在高壓作用下，沿樁周被頂出的現(xiàn)象就是最好的證明。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　通過以上分析，在高壓注漿設(shè)計(jì)時，選根據(jù)地基土的性質(zhì)，選擇合適的注漿材料及注漿量，合理布置注漿管；在施工時，合理確定注漿順序，根據(jù)注漿情況及時調(diào)整注漿速率；就能有效的保證注漿質(zhì)量，從而達(dá)到提高灌注樁承載力的目的。 </p><p&

19、gt;<b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94－2008） </p><p>　　[2] 華祥征．基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與施工．長春：吉林大學(xué)出版社，1996 </p><p>　　[3] 李丹. 后壓漿灌注樁承載力的影響因素分析. 土木基礎(chǔ)，2004 </p><p>　　[4