钢管桩桩侧后注浆承载性能试验研究

第43卷第34期

2 0 1 7 年 1 2 月

SHANXI ARCHITECTURE

山西建筑

Vol. 43 No. 34

Dec. 2017

文章编号：1009-6825 (2017) 34-0056-02

钢管桩桩恻后注浆承载性能试验研究

王建兰1 李仁民U2 黄浩1

王涛1

王许诺1

(1.江苏东合南岩土科技股份有限公司，江苏南京210036; 2.东南大学岩土工程研究所，江苏南京210096)

摘要:采用锚杆静压钢管桩加固基础工程，为提高单桩承载力，在桩侧地基土内高压旋喷注浆，通过现场静载试验检验注浆效 果,分析钢管桩后注浆承载机理。试验结果表明:高压旋喷注浆加固钢管桩侧粉质粘土地基土 ,有效改进桩土界面力学性能，单桩 承载力明显提高;桩土界面土体塑性变形减小，桩顶沉降变缓，有效控制沉降。关键词:钢管桩，桩侧后注浆，静载试验中图分类号:TU473.il

在基础加固工程中，常采用锚杆静压桩[M]对既有建筑基础 补强，其施工速度快，单桩承载力可靠而广泛应用。

一

些学者[5’6]

研究了水泥土中插人管桩形成水泥土复合桩基，灌注桩后注 浆[7’8]和管桩后注浆[9’w]在工程中也有应用，但对钢管桩后注浆 的应用和研究相对较少。

高压旋喷注浆技术[11]是通过钻杆的旋转、提升，高压水泥浆 由水平方向的喷嘴喷出形成喷射流切割土体并与土拌合形成水 泥土竖向增强体。旋喷注浆效果影响因素[12]较多:喷射流的喷射 压力、喷嘴的直径、喷嘴的形状、喷嘴的移动速度、土体的特性、喷 射口处的静水压力、喷射口与土体的距离等。同时，喷射注浆方 式也有很多,单管法、二重管法和三重管法，注浆过程比较复杂。

本次试验选用二重管法加固钢管桩侧周围地基土，并通过静 载试验检测对钢管桩后注浆效果。

1概述

1.1 工程概况

本工程为23层住宅，地下1层，采用桩一沒板基础，建筑高度 67.〇111，筏板厚度1.2 111，局部加厚至2.2 111，桩基采用？11(：-600- AB-130管桩，设计桩长37 m，桩端持力层为⑩层粉质粘土夹粉土 层，设计单桩承载力特征值2 200 kN。

结构封顶后，建筑出现不均匀沉降，且倾斜度大于规范限值 ，现场抽检既有工程桩，单桩承载力约为设计值50%，桩基承载 力严重不足。为增加桩基承载力、减少建筑沉降，采用锚杆静压钢 管桩对基础加固，桩长37 m，栌29 (12) mm，桩身材料为Q235。

1.2地质情况

根据本次勘探揭露的地层资料分析，拟建场地在深度55. 0 m 范围内的地基土，属第四纪Q4，Q3沉积层，主要由粘性土、少量粉 土组成，呈水平成层分布。上部为素填土、中间层③〜⑥，⑧，⑨ 为粉质粘土，桩端持力层为⑩层粉质粘土夹粉土，呈水平成层分 布特点，呈软塑、可塑状态。本工程场地土层及参数如图1，表1

所示。

o.5a

天然地面

4.68、二①素填土，土质松散、不均匀-1(1.适③

粉质粘土，可塑,6。=0.812, bO.47

④

粉质粘土，软塑〜可塑,6。=0.887, /fO.67

-18.18⑤ 粉质粘土，软塑~可塑,e„=0.933,4=0.76

⑥ 粉质粘土，可塑，局部软塑,e„=0.880,/i=0.60

⑨粉质粘土，软塑~可塑,e„=0.921, /fO.71

(桩底广

-50.50⑩粉质粘土夹粉土，软塑-可塑,e„=0.783, /fO.44

图1典型地质剖面图

收稿日期:2017-09-27

作者简介:王建兰（1977-),女，硕士，工程师

文献标识码:A

表1 土层参数表

石\"土名称7W

侧阻力标 端阻力标 地基承载力

kN/m3%h

准值

特征值人左 kPakPa

kPa①素填土18.928.50.8214.90.49③粉质粘土18.928.40.81214.80.4760160④粉质粘土18.631.40.88714.30.6755130⑤粉质粘土18.432.90.93314.70.7650120⑥粉质粘土18.630.8

0.88

15.2

0.6

601 800140⑦粘土19.624.60.70517.90.24803 200220⑧粉质粘土18.928.90.82514.50.49702 800

180⑨粉质粘土

18.4

32.50.92115.10.7160130⑩粉质粘土

夹粉土

19.1

27.60.783

14.90.44

75

3 500170

1.3钢管桩施工情况

采用锚杆静压钢管桩加固大楼基础，在原基础筏板外侧新增 筏板，钢管桩位在筏板上预留孔位，压桩锚杆提前预埋在筏板内。 钢管桩桩长37 设计单桩承载力特征值1 800 kN，基桩施工30 d后,静载检测结果显示单桩承载力仍相对较低，约 为设计值的50% ~ 70%。为提高钢管桩单桩承载力，在钢管桩两 侧对称位置布置高压旋喷孔，对钢管桩周围土体高压旋喷注浆加 固，旨在改善桩土界面力学性能，使侧阻力得以增强。

2试验方案

2.1 注浆方案

为提高钢管桩单桩承载力，减少工程沉降，对桩侧地基土体

注浆加固,构成桩土共同作用复合地基。试验钢管桩桩长37 m, 加固深度自桩顶向下27 m,加固段内③层~⑥层土质相对软弱， 主要以粉质粘土为主，饱和度在96%以上，若采用传统注浆，注浆 半径较小，加固效果有限，由于高压旋喷喷射范围较大，切割土体 较彻底，浆液与土体充分接触，加固效果较好，故本次试验采用高 压旋喷注浆。

在钢管桩外侧对称位置设置2处注浆孔，试验钢管桩位于新 增筏板处，静压桩孔位在浇筑筏板时预留，注浆孔尺寸不小于 小1〇〇,位于方形预留孔角点，距离钢管桩外边缘1〇〇 mm，呈对称 分布，见图2。

注浆采用42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥浆液的水灰比为 1.2，水泥掺量25%。注浆时,高压旋喷管从注浆孔处进人，注浆 压力为 20 MPa ~28 MPa,提升速度宜为 0• 1 m/min ~0. 2 m/min， 旋喷加固土体直径约为0.8 m。注浆28 d后，采用静载试验检验 单桩承载力，并与注浆前检测结果对比分析。

2.2静载检测

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王建兰等:钢管桩桩侧后注浆承载性能试验研究

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静载检测结果显示，注浆前，单桩承载力为1 800 kN,其中，端 阻力按理论计算值为768.9 kN,侧阻力为1 031. 1 kN,反算侧阻 力标准值为16. 8 kPa。

注浆后，单桩承载力提高至3 600 kN时，端阻力和未注浆段 侧阻力按不变考虑，注浆段侧阻力标准值提高至56. 7 kN,侧阻力 增强系数达3.4,见表2,表3。

4

加固前，钢管静压桩施工已经完成，待休止期满28 d后，对钢 管桩进行静载检测。利用现有压桩锚杆提供试验反力，使用自动 加荷设备，计算机自动采集数据，并绘制相应图表。加固后，利用 已有锚杆提供反力，对加固钢管桩进行静载试验。加固前、后，最

大加载量为3 600 kN或极限破坏。

静载试验依据《建筑基桩检测技术规范》[13]进行。

结语

桩侧注浆改善桩土界面力学性能，土层得以加固，侧阻力得

以有效增强，桩土界面土体塑性变形减小，桩顶沉降变缓，单桩承 载能力得到明显提高。主要得到以下几点结论:1)采用高压旋喷

注浆加固粉质粘土为主土层27 m，单桩承载力增加一倍，加固效果 明显。2)从静载试验一s曲线看出，注浆后，每级荷载下桩顶沉 降较注浆前都有不同程度减小，侧阻力沿桩长深度方向增强效果明 显，对控制大楼沉降十分有益。3)采用高压旋喷注浆方式，在钢 管桩桩侧加固地基土，侧阻力增强系数达3.4，注浆方法可行。

3试验结果及分析

本次试验最大加载量为3 600 kN,分10级加载，每级360 kN。 加固前，静载试验结果显示，当加载至第5级加载值1 800 kN

3.1桩基承载力性状分析

参考文献：

[1] [2]

李俊才，张永刚，邓亚光，等.管桩水泥土复合桩荷载传递规 张永刚.管桩水泥土复合桩承载性能影响因素分析[J]. 土 陈桂科.静压方桩在可塑粘性土中的适用性分析[J].广东 郭宪义，张晓萍.预制钢筋混凝土方桩静压桩施工[J].施工 王海涛，张渊源，安禹莳，等.钢管桩托换技术在既有建筑地

稳定时，本级沉降约为4. 81 mm，累计沉降14. 36 mm，当加载至第 6级加载值2 160 kN时，历时15 min未稳定，累计沉降量由13 mm 骤增至56.34 mm,侧摩阻力发挥至极限，单桩发生刺人破坏。单桩 静载陡降拐点对应值为1 800 kN左右，该桩极限承载力取1 800 kN。

注浆结束28 d后，对该加固桩进行静载试验，当桩顶荷载施 加至3 600 kN时，累计沉降35. 71 mm，低于规范限值40 mm，当桩 顶荷载加至3 960 kN时，累计沉降超过40 mm,静载曲线未出现 明显拐点，静载Q—s曲线呈缓变型，单桩极限承载力3 600 kN。

律研究[J].岩石力学与工程学报,2〇14(33):3〇68_3〇76.工基础，2014,27(4) :60-65.

[3]

土木与建筑，2011(1 ):45-47.

[4]

技术,2006(35) =47-48.

[5]

下室改造中的应用[J].施工技术,2016,45(16) :57-60.

[6]

张磊，刘顺，李彦利.锚杆静压桩在既有建筑纠倾加固 中的应用研究[J].电力勘测设计,2015(3) :1-3.

王卫东，李永辉，吴江斌.上海中心大厦大直径超长灌注桩

3.2 加固效果分析

相关规范[13’14]认为，浆液在不同桩端和桩侧土层中的扩散与 加固机理不尽相同，侧阻力和端阻力增强系数A和&也会不同， 且差别比较大。本次试验在桩侧注浆，未在桩端注浆，计算时不 考虑端阻力增强效果。

表2注浆前后侧阻力标准值对比表

名称加固前加固后

检测极 端阻力限值/kNkN1 800.03 600.0

768.9768.9

侧阻力

kN1 031.12 831.1

注浆段27 m范围平 未注装段10 m范围平 均侧阻力标准值/kN均侧阻力标准值/kN

16.856.7

16.816.8

[7]

现场试验研究[J].岩土工程学报，2011,33 ( 12): 1817-

1826.

[8] [9]

郭院成，张景伟，董晓桩.端桩侧后注浆钻孔灌注桩承载性 施峰.PHC管桩荷载传递的试验研究[J].岩土工程学报，

能试验研究[；[].公路交通科技，2014,31(7):14-18.

2004,26(1) ：95-99.

[10] 吕黄，李君，李耕.大直径PHC桩竖向承载力分布

表3

规范名称《桩基规范》{公路规范》现场试验计算值

后注浆侧阻力增强系数、桩阻力增强系数;8p表

AA

增强系数

1.4-1.8

2. 2-2. 51. 3-1.41.5-1.8

—3.4

注浆位置灌注桩桩端灌注桩桩端钢管桩侧

备注

的试验研究[J].水运工程，2009(28) :58-61.

[11] 高压旋喷注浆技术在既有高速公路路基沉降处治中的应

用[J].公路与汽运，2016(174) :113-116.

[12] 《地基处理手册》编委会.地基处理手册[M].北京：中国建

筑工业出版社,2014.

[13] [14]

JGJ 106 — 2014,建筑基桩检测技术规范[S].JTG D63—2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S].

ft

An experimental research of the side-grouting bearing capacity of the steel pipe pile

Wang Jianlan1 LiRenmin1,2 Huang Hao1 Wang Tao1 Wang Xunuo1(1. Jiangsu Donghenan Geotechnical Technology Co. , Ltd, Nanjing 210036, China；2. Institute of Geotechnical Engineering of Southeast University f Nanjing 210096, China)Abstract ： Use anchor static pressure steel pipe pile to strengthen the foundation, to enhance the bearing capacity of a single pile, adopt high pres­sure jet grouting in the side foundation earth, test the grouting effect via field static test and analyze the grouting bearing mechanism after steel pipe pile. The test result demonstrates that using high pressure jet grouting to reinforce the silty clay foundation on a side of the steel pipe pile effectively improve the mechanical property of soil interface that the pile sinks in and the bearing capacity of a single pile is improved apparently, the plastic deformation of the interface of the pile soil and the sedimentation of the pile block slows down, so sedimentation is controlled effectively.Key words： steel pipe pile, side-grouting, static test