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第 2 8 卷 第 1 期 岩 土 工 程 学 报 V o l . 2 8 N o . 1 2 0 0 6 年 1 月 C h i n e s e J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g J a n . , 2 0 0 6 超长大直径桩压浆后的承载性能研究 黄生根 1 龚维明 2 1 . 中国地质大学工程学院湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 2 . 东南大学土木工程学院江苏 南京 2 1 0 0 9 6 摘 要苏通大桥为取得可靠的工艺参数和设计参数共进行了 4次试桩试验其中包括 7 根压浆前后对比桩根据 自平衡静载测试结果桩端压浆不仅可提高桩端阻力还可改善桩周土和桩土接触面的性质使桩周摩阻力也得到提 高苏通大桥试桩经过压浆总侧阻提高幅度为 12.39%52.87%端阻提高 1.466.21 倍侧阻力增量对桩极限承载 力的贡献为 56%88% 关键词超长大直径桩后压浆承载特性摩阻力端阻力 中图分类号TU473.1 文献标识码A 文章编号10004548(2006)01011305 作者简介黄生根(1967 )男江西上高人博士副教授从事岩土工程科研与教学工作 Study on bearing behavior of super longlarge diameter piles after grouting HUANG Sheng-gen1, GONG Wei-ming2 (1. College of Engineering, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; 2. College of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China) Abstract: In order to get reliable construction parameters and design parameters of Suzhou-Nantong Yangtze River Bridge , 4 tests of piles were taken, including 7 piles with grouting. According to the results of self-balanced static load tests, not only base resistances were improved after grouting, but also frictional resistances were improved by bettering the characteristics of soils and interfaces between piles and soils. After grouting, the frictional resistances were increased by 12.39%52.87%, and the base resistances were increased by 1.466.21 times. The ratios of frictional resistance increment in the ultimate bearing capacity increment were 56%88%. Key words: super long-large diameter pile; post-grouting; bearing behavior; frictional resistance; base resistance 0 工程概况 苏通大桥主桥采用 1088 m 的双塔斜拉桥专用 通航孔采用 140+268+140 m 连续刚构引桥分别采用 跨径 755030 m 的等高度预应力混凝土连续梁 基础采用钻孔灌注桩其中主桥和近塔辅助墩基础为 2.5 m 群桩基础采用桩端压浆工艺为取得可靠的 工艺参数和设计参数共进行了 4 次试桩试验其中 静载试验桩一期试桩有 4 根二期试桩有 3 根三 期试桩有 3 根四期试桩有 4 根静载试验试桩的有 关参数见表 1 场区地质条件概况如下 南岸层亚粘土灰黄色可塑层淤泥质 亚粘土灰色流塑- 1 层亚粘土软塑- 2 层亚粘土夹粉砂或与粉砂互层灰色- 2- 1 层 亚粘土灰色中密或软塑状- 2 层粉细砂灰 色饱和密实层以中粗砂为主灰色饱和 密实层粉细砂灰色饱和密实- 1 层中砂 灰色饱和密实含少量中细砂及砾砂- 2 层细 砂灰色饱和密实 北岸- 1 粉砂灰色饱和松散-稍密- 2 亚砂土亚粘土夹粉砂灰色饱和松散- 3 粉 砂灰色饱和中密密实亚粘土灰色软 塑局部为粉砂与亚粘土互层- 2- 1 层亚粘土 灰色饱和中密局部密实- 2 层粉细砂灰 色饱和密实- 1 砾砂灰色饱和密实局 部为粗砂层以中粗砂为主灰色饱和密实 局部为粉细砂层粉细砂 灰色 饱和 密实- 1 层中粗砂灰色饱和密实 1 试验方法及试验结果 1 . 1 试验方法 苏通大桥静载试验采用自平衡试桩法1 2 加载 采用慢速维持法按照交通部及其江苏省地方标准进 行3 4各试桩的桩身按土层界面布置钢筋应力计 收稿日期: 2 0 0 5 0 3 2 8 114 岩 土 工 程 学 报 2006 年 表 1 静载试验试桩的有关参数 Table 1 Parameters of static load test piles 类型 编号 土层 直径/m 桩长/m 压浆量/t 测试方法 S1 细砂 1.5 84 3.5 先测试后压浆再测试 S2 粉砂 1.5 69 2.5 先压浆后测试 S3 粉砂 1.5 69 4 先测试后压浆再测试 一期 N3 粗砂 1.8 76 2 先测试后压浆再测试 SZ2 细砂 2.5 125 8.6 先压浆后测试 SZ3 粗砂 2.5 106 11 先压浆后测试 二期 SZ4 粉砂 2.5 125 10.3 先测试后压浆再测试 Z2 粉砂 2.5 114 11.2 先压浆后测试 Z6 细砂 2.5 126 12 先压浆后测试 三期 Z7 中砂 2.5 117 12 先压浆后测试 NII-1 粉砂 1.2 58.9 直接测试 NII-2 粉砂 1.2 58.9 2 先压浆后测试 NII-3 粉砂 1.5 63.6 2.8 先压浆后测试 四期 NII-4 粉砂 1.5 63.6 直接测试 表 2 试桩侧阻力端阻力 Table 2 Shaft friction and base resistance of test piles 压浆前 压浆后 桩号 总侧阻/kN 总端阻/kN 端阻比例/% 总侧阻/kN 总端阻/kN 端阻比例/% S1 21800 2200 9.17 24500 13000 34.67 S2 21800 6200 22.14 S3 15700 1110 6.96 24000 8000 25 N2 9600 900 8.57 N3 21550 2850 11.68 30440 10460 25.57 sz2 81825 14656 15.19 sz3 65985 30761 31.8 sz4 51153 8485 14.23 68533 33375 33.2 C1-z2 77092 36312 32.02 C2-z6 78185 33085 29.73 C2-z7 74635 38571 34.07 NII-1 11877 2160 15.39 NII-2 15492 4583 22.83 NII-3 20632 7717 27.22 NII-4 15087 2542 14.42 每个截面对称布置 34 个钢筋应力计 1 . 2 试验结果 由自平衡静载试验得到的荷载箱上部及荷载箱 下部的荷载位移关系经转换后得到的桩顶荷载沉 降关系曲线见图 14试桩侧阻力端阻力及其比例 见表 2 1 . 3 测试值与理论计算值的比较 由于工艺因素具有随机性的特点 使压浆前桩的 端阻力及摩阻力的数值表现出很大的不确定性因而 使压浆效果亦表现出较大的离散性单从压浆效果来 看进行压浆前后承载性能的对比是合适但从定量 计算的角度来看由于存在一个不确定因素工艺 质量的影响 不便进行定量的分析和正确地指导设计 因此以不考虑沉渣的计算值近似作为原始强度2 即取 0 m=1 根据测试结果压浆后极限承载力测试值比压浆 前提高 0.481.0 倍压浆后端阻力比压浆前提高 1.466.21 倍 压浆后原始端阻力和极限承载力的提高情况见 表 3压浆后极限承载力测试值与未压浆理论计算值 的比值为 1.281.99压浆后端阻力与未压浆理论计 算值的比值为 0.983.87 压浆前极限承载力测试值与理论计算值的比值 为 0.761.34端阻力测试值与理论计算值的比值为 0.180.95 2 桩端压浆对超长大直径桩承载性能 的影响分析 桩端压浆对超长桩承载性能的影响主要表现为 对端阻力和侧阻力的影响桩端压浆不仅可提高桩端 阻力还可改善桩周土和桩土接触面的性质使 桩周摩阻力也得到提高从而提高桩的承载力57 第 1 期 黄生根等. 超长大直径桩压浆后的承载性能研究 115 图 1 一期试桩的 QS 曲线 Fig. 1 QS curves of 1-stage test piles 图 2 二期试桩的桩顶 QS 曲线 Fig. 2 QS curves of 2-stage test piles 图 3 三期试桩的桩顶 QS 曲线 Fig. 3 QS curves of 3-stage test piles 图 4 四期试桩的桩顶 QS 关系曲线 Fig. 4 QS curves of 4-stage test piles 2 . 1 桩端压浆对桩端阻力的影响分析 (1) 压浆前后端阻力对比 根据桩端应力测试结果及自平衡测试数据可得 到各期试桩在压浆前后的端阻力位移曲线8见图 57压浆前后端阻力对比见表 4 (2) 桩端压浆对超长桩端阻力的影响分析 浆液在桩端的作用首先是对沉渣的破坏充填或 混合沉渣越厚消耗的浆液越多然后浆液在压 力作用下对土层进行渗透挤压或劈裂形成一个 土体加固区2 5 因此桩端加固区包括沉渣加固区 与土体加固区两部分 当沉渣较厚 而压浆量又小时 压浆的作用主要是对沉渣的加固即相当于恢复桩端 土层的承载力当沉渣较少或压浆量较大时压浆的 表 3 对原始端阻力和极限承载力的提高情况 Table 3 The increasing of original base resistance and ultimate capacities 端阻力/kPa 极限承载力/kN 类型 编号 压浆后测试值 A 计算值 B A/B 压浆后测试值 D 计算值 E D/E S1 7586.7 3963 1.91 37500 28025 1.34 S2 3510 1959 1.79 28000 18354 1.53 S3 4529.4 1959 2.31 32000 18354 1.74 一期 N3 4591.9 4709 0.98 40900 32067 1.28 SZ2 3215 3026 1.06 96481 75415 1.28 SZ3 6700 4624 1.45 96746 66840 1.45 二期 SZ4 6803 1913 3.56 100538 67626 1.49 Z2 7401 1913 3.87 113404 56884 1.99 Z6 6743 3026 2.23 111270 58515 1.90 三期 Z7 7862 4225 1.86 113206 58533 1.93 NII-1 4530 1946 2.33 10494 NII-2 4530 1946 2.33 20075 10494 1.91 NII-3 4783 1912 2.50 28349 14616 1.94 四期 NII-4 4783 1912 2.50 14616 注SZ2 桩测试间隔短由取芯结果底部浆液未完全凝固 116 岩 土 工 程 学 报 2006 年 图 5 一期试桩的端阻力位移曲线 Fig. 5 Base resistancesettlement curves of 1-stage test piles 图 6 二期试桩的端阻力位移曲线 Fig. 6 Base resistancesettlement curves of 2-stage test piles 图 7 四期试桩的端阻力位移曲线 Fig. 7 Base resistancesettlement curves of 4-stage test piles 作用不仅消除沉渣的影响 还可形成一个土体加固区 桩端阻力的大小往往取决于该层的强度和范围根据 表 4压浆后端阻力比压浆前提高 1.466.21 倍而 与计算值的比值为 0.983.56说明有相当一部分浆 液用于处理沉渣其中 N3 桩压浆后桩的测试与计 算值的比值为 0.98其主要原因为压浆量相对较 少施工时间相对较长桩端沉渣较多桩侧泥皮 厚浆液上返所遇阻力小故浆液全部用于对桩端沉 渣进行加固对桩端土层的加固效果较弱还未形成 土体加固区而其它的试桩在压浆后不仅消除了沉渣 的影响还形成了土体加固区从而可不同程度地提 高桩端阻力 表 4 压浆前后端阻力对比 Table 4 Contrast of base resistance before and after grouting 桩号 压浆前/kN 压浆后/kN 端阻力提高倍数 S1 3443 13400 2.89 S3 1110 8000 6.21 N3 2744 11679 3.26 SZ4 8485 33375 2.93 NII-1(NII-2) 2080 5121 1.46 NII-4(NII-3) 2638 8448 2.20 根据测试结果在桩径相同和压浆量达到一定量 的情况下桩端阻力相近且与桩端砂土的类型无关 联关系二期试桩的两根桩SZ2 除外SZ3 的桩端 为粗砂 SZ4的桩端为粉砂 压浆前端阻力分别为4624 和 1913 kPaSZ3 与 SZ4 的比值为 2.42而压浆后 端阻力分别为 6700 和 6803 kPaSZ3 与 SZ4 的比值 为 0.98三期试桩的三根桩其桩端分别为粉砂细 砂和中砂压浆前端阻力分别为19133026和4225 kPa最大值与最小值的比值为 2.21压浆后端阻力 分别为 7401 6743 和 7862 kPa 最大值与最小值的比 值为 1.17二期试桩与三期试桩相比桩径相同压 浆量相近 压浆后端阻力相近 平均值的差别仅为8% 图 8 二期试桩桩顶荷载端阻比例关系曲线 Fig. 8 The ratios between total loads and base resistances of 2-stage test piles 由于超长桩桩周面积远大于桩端面积在桩承载 力的构成中桩侧摩阻力占主导地位桩端阻力所占 比例较小 在压浆前 试桩端阻力所占比例为 6.96% 14.23% 而压浆后 试桩端阻力所占比例为 22.14% 34.67%桩端阻力所占比例随桩顶荷载的增加而增 长图 8 为二期试桩的桩顶荷载端阻比例关系曲 线经过压浆桩端阻力和桩侧阻力同时增长但总 侧阻提高幅度为 12.39%52.87%端阻提高 1.46 6.21 倍桩端阻力增长幅度远高于桩侧阻力使端阻 力所占比例有所提高 第 1 期 黄生根等. 超长大直径桩压浆后的承载性能研究 117 2 . 2 桩端压浆对桩侧阻力的影响分析 苏通大桥压浆前侧阻力占总极限荷载的 85.77%93.04%压浆后侧阻力比例有所下降为 77.86%65.33%但还属端承摩擦型桩由于侧阻力 占主导地位 侧阻力的变化对桩承载力的影响更明显 表 5 为侧阻力增量对桩极限承载力的贡献 S1 桩侧阻 力增量比例最小占 56%SZ4 桩最大占 88% 表 5 侧阻力增量对承载力的影响 Table 5 The influence of shaft friction increment on the bearing capacity 桩号 极限承载力 提高幅度/% 总侧阻提高 幅度/% 侧阻力增量占总增 量比例/% S1 56 12.39 56 S2 75 38.9 71 S3 100 52.87 76 N3 68 41.25 81 SZ4 69 33.98 88 NII-1(NII-2) 48 29.56 60 NII-4(NII-3) 61 36.76 69 压浆后桩周土的强度变形模量及桩土间的接 触条件均发生了较大变化导致侧阻力的提高图 9 为一期 S2 桩压浆前后桩周土标贯值变化图在做标 贯试验的 12 m 范围内标贯值最大提高幅度为 67% 最小提高幅度为 18% 图 9 S2 桩压浆前后桩周土标准贯入值变化图 Fig. 9 Contrast of SPT values of soils before and after grouting 3 结 论 (1) 根据苏通大桥测试结果压浆前极限承载力 测试值与理论计算值的比值为 0.761.34端阻力测 试值与理论计算值的比值为 0.180.95压浆后极限 承载力测试值比压浆前提高 0.481.0 倍, 压浆后端 阻力比压浆前提高 1.466.21 倍 (2) 与代表原始端阻力的计算值相比苏通大桥 压浆后极限承载力测试值与未压浆理论计算值的比值 为 1.281.99压浆后端阻力与未压浆理论计算值的 比值为 0.983.87 (3) 苏通大桥试桩经过压浆桩端阻力和桩侧阻 力同时增长但总侧阻提高幅度为 12.39%52.87%, 端阻提高 1.466.21 倍桩端阻力增长幅度远高于桩 侧阻力使端阻力所占比例有所提高 (4) 桩端压浆不仅可提高桩端阻力还可改善桩 周土和桩土接触面的性质 使桩周摩阻力也得到提高 并成为承载力提高的主要原因苏通大桥压浆前侧 阻力占总极限荷载的 85.77%93.04%,压浆后侧阻力 比例为 77.86%65.33% 侧阻力增量对桩极限承载力 的贡献为 56%88% 参考文献: 1 龚维明, 戴国亮, 蒋永生, 等. 桩自平衡测试理论与实践J. 建筑结构学报, 2002,23(1):8288. (GONG Wei-ming, DAI Guo-liang, JIANG Yong-sheng. The theory and practice of self-balanced test J.The Journal of Architecture Structure, 2002, 23(1): 8288.) 2 黄生根, 龚维明. 苏通大桥一期超长大直径试桩承载特性分 析 J. 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 , 2004,(19):3370 3375. (HUANG Sheng-gen, GONG Wei-ming. Analysis on bearing behavior of 1-stage super long-large diameter testing piles in Sutong bridgeJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering. 2004,(19):33703375.) 3 JTJ024-85 公路桥涵地基基础设计规范S. (JTJ024-85 Specification for design of ground base and foundation of highway bridge and culvertsS.) 4 DB32/T291-1999 桩 承 载 力 自 平 衡 测 试 技 术 规 程 S. (DB32/T291-1999 Technical code for self-balanced measurement method pf oile bearing capacity S.) 5 黄生根, 张晓炜, 曹 辉. 后压浆钻孔灌注桩的荷载传递机 理 研 究 J. 岩 土 力 学 , 2004,25(2):251 254.(HUANG Sheng-gen, ZHANG Xiao-wei, GONG Wei-ming. Mechanism study on bored cast-in-place piles with post-grouting technologyJ. Rock and Soil Mechanics, 2004, 25(2): 251254.) 6 BRUCE D A. Enhancing the performance of large diameter piles by groutingJ. Grouting Engineering, 1985,(4):915. 7 FLEMING W G K. The improvement of pile performance by base groutingJ. Proc Instn Civ Engrs,1993,(8):8893. 8 戴国亮, 龚维明, 等. 自平衡测试技术及桩端后压浆工艺在 大直径超长桩的应用J. 岩土工程学报. 2005,27(6):690 694. (DAI Guo-liang, GONG Wei-ming, et al. The application of the self-balanced test technique and base grouting in the large diameter super long pilesJ. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2005,27(6):690694.) 超长大直径桩压浆后的承载性能研究超长大直径桩压浆后的承载性能研究 作者：黄生根， 龚维明， HUANG Sheng-gen， GONG Wei-ming 作者单位：黄生根,HUANG Sheng-gen(中国地质大学工程学院,湖北,武汉,430074)， 龚维明,GONG Wei-ming(东南大学土 木工程学院,江苏,南京,210096) 刊名： 岩土工程学报 英文刊名：CHINESE JOURNAL OF GEOTECHNICAL ENGINEERING 年，卷(期)：2006，28(1) 引用次数：4次 参考文献(8条)参考文献(8条) 1.龚维明.戴国亮.蒋永生 桩自平衡测试理论与实践期刊论文-建筑结构学报 2002(01) 2.黄生根.龚维明 苏通大桥一期超长大直径试桩承载特性分析期刊论文-岩石力学与工程学报 2004(19) 3.JTJ 024-85 公路桥涵地基基础设计规范 4.DB 32/T291-1999 桩承载力自平衡测试技术规程 5.黄生根.张晓炜.曹辉 后压浆钻孔灌注桩的荷载传递机理研究期刊论文-岩土力学 2004(02) 6.BRUCE D A Enhancing the performance of large diameter piles by grouting 1985(04) 7.FLEMING W G K The improvement of pile perform