淺析高壓注漿提高灌注樁承載力的機理

1、<p>　　淺析高壓注漿提高灌注樁承載力的機理</p><p>　　摘要：本文通過對壓漿機理、高壓注漿提高灌注樁承載力的影響因素及機理的分析，較為深刻的認識了高壓注漿提高灌注樁單樁豎向承載力的作用，以達到更好利用高壓注漿技術的目的。 </p><p>　　關鍵詞：高壓注漿、機理、單樁豎向承載力。 </p><p>　　中圖分類號：TP301文獻標識碼： A

2、 </p><p><b>　　1 前言 </b></p><p>　　鉆孔灌注樁在基礎領域應用廣泛，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到預期的要求。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，以越來越多的應用到工程實踐領域。正確認識高壓注漿提高灌注樁承載力的機理，對

3、于更好的利用高壓注漿技術具有重要意義。 </p><p><b>　　2 壓漿機理分析 </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，擴散的距離也就越遠，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，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大，因此空隙周圍的土得到密實，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固結作用 </

5、b></p><p>　　2.2.1固結土強度的增長原理 </p><p>　　地基土在注漿后，無論是水泥漿液或是化學漿液，都是依靠漿液的滲透凝膠把土顆粒粘結在一起，并充填了巖土的孔隙，使土體密實度增加；同時，漿液在化學反應進程中，某些化學劑與巖土中的元素進行離子交換形成了新的物質，這都增加了固結的粘聚力。強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度（）為 </p><p>　　注漿后的抗剪強度（）為 </p><p>　　式中：為土體內剪切面上法向有效應力；為土的內摩擦角；為土的粘聚力。 </p><p>　　2.2.2 粘性固結土的強度 </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力和抗拉強度，使土體沿垂直于小主應力的平面上

7、發(fā)生劈裂，漿液進入劈裂的土體形成脈狀漿液固結體。脈狀漿液固結體、由于漿液與土顆粒的化學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行處理時，由于其透水性并、強度低、觸變性強等特點，可能使整個地基土質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慎重。 </p><

8、p>　　2.2.3 固結土的滲透性 </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驗室內試驗的結果。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，材料往往以兩粒或多粒的形式同時進入孔隙，出現(xiàn)“擠?！爆F(xiàn)象，導致滲透通道的堵塞。能夠直接以滲透方式進入的土層，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散較為有利，可以使?jié){材滲入土體后較 均勻地生成結石體，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 隨機性較大，無法有效控制，因而不宜設作壓漿土層。 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、樁側壓漿、樁端樁側聯(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)于改善樁側泥皮所獲得的效果。在注漿總量相等時，樁端、樁側聯(lián)合壓漿比僅用端壓漿的承載力高。對于細砂層，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，這時一方面由于細砂層中孔隙水較易于消散，同時稀漿減少了漿材顆粒在細砂孔隙中灌漿 “擠?！钡母怕?。因

12、此，砂層及含礫砂層均可考慮布置側壓漿，中砂以上及含礫砂層可設為端壓漿。 </p><p>　　對于樁端土層適宜滲透注漿，而樁側絕大部分土層并不適宜滲透注漿的情形，往往會出現(xiàn)樁端壓漿量還末達到設計值時漿材便已沖破樁側泥皮冒出地面的現(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。在這種情況下，可以在樁側離樁端一定距離處設置側壓漿管，先進行側壓漿，待漿材終凝后再進行端壓漿。側壓漿距樁端的距離，應大于漿材在樁側向

13、下注入的行進距離。 </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。考慮到其它因素，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)塊內樁距相對集中，區(qū)塊之間最小樁距大于區(qū)塊內最小樁距 2 倍以上。從而將壓漿影響區(qū)域限定于單個區(qū)塊之內，各區(qū)塊之間的施

14、工順序不受影響。 對于區(qū)塊內的各樁，宜采用先周邊后中心的順序壓漿。對周邊樁應以對稱、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到平衡。 </p><p>　　4高壓注漿提高單樁承載力的機理分析 </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，與殘碴膠結結合成強度較高的混凝上，消除了孔底沉

16、碴的影響當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度 </p><p>　　隨著注漿量的進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散，形成梨形結石體，從而在壓實樁端上的同時，擴大了樁端面積，提高了承載力.同時。漿液會沿樁壁上返，充填樁側與樁周土間的間隙，增大側阻力。當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應力當樁承受向下的豎向荷載時，此反向預應力將分擔部分荷載，進而提高單樁承載力。 </p><p><b>　　4.2 樁側壓漿 </b></p><p>　　樁側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，擴大灌漿段樁的有效半徑，提高了樁上粘結強度，從而提高樁側摩阻力。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>　　結束語 </b></p><p>　　通過以上分析，在高壓注漿設計時，選根據(jù)地基土的性質，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)注漿情況及時調整注漿速率；就能有效的保證注漿質量，從而達到提高灌注樁承載力的目的。 </p><p&

19、gt;<b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]《建筑樁基技術規(guī)范》（JGJ 94－2008） </p><p>　　[2] 華祥征．基礎工程設計與施工．長春：吉林大學出版社，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，2004 </p><p>　　[4