卢萍珍 孙宏伟 方云飞

（北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045）

0 引言

灌注桩后注浆技术是指灌注桩成桩后一定时间，通过预设于桩身内的注浆导管及与之相连的桩端、桩侧注浆阀注入水泥浆，使桩端、桩侧土体（包括沉渣和泥皮）得到加固，从而提高单桩承载力、减小沉降[1]。

灌注桩后注浆技术在建筑工程中应用广泛。已有文献研究了不同区域不同地层条件下后注浆工艺效果。张忠苗等[2]研究了温州上部软土桩端卵石层的长桩采用桩端后注浆技术后的受力性状，结果表明桩端后注浆技术改善了桩侧土的性状，达到增大桩侧摩阻力、提高承载能力的目的；张忠苗等[3]通过现场试验研究得出杭州地区桩周土以砂质粉土为主持力层为卵石层的桩，采用桩端后注浆对增强桩端阻力具有明显优势，实测极限端阻力约为勘察报告中极限端阻力推荐值的1.75 倍；姚建平等[4]分析了西安地区粉质土条件下后压浆工艺效果，得出后压浆桩基极限承载力可提高24%，建筑桩基技术规范计算值偏于安全保守。肖 坚等[5]基于山东粉质黏土、细中砂、粉土、风化片岩地层中的实测数据，比较实测桩身摩阻图和地勘报告给出的极限侧摩阻力，砂层和角砾层，其压浆后的摩阻力提高了5 倍以上。宇文斌等[6]通过试验研究了第四纪沉积的粉土、粉质黏土夹细中砂、粉细砂地层中后插钢筋笼灌注桩在相同荷载条件下后压浆桩基沉降变形较非后压浆桩基沉降减小约30%；桩侧摩阻力提高幅度约28%，获得了良好的经济效益。王欣华等[7]通过现场试验，采用后注浆灌注桩工艺可以对天津滨海新区桩侧软弱土层桩侧摩阻力提高至原来的1.5～3 倍；桩极限承载力增加幅度可达96%。

北京通州新城地处永定河、潮白河冲积平原，地势平坦，多河富水的自然特色十分突出。其地层以厚砂层为主，地下水位很高，地基土具地震液化潜势。目前，在类似该地区深厚砂层场地采用灌注桩后注浆工艺的试验研究成果尚少。

本文基于北京通州新城某工程，开展了针对钻孔灌注桩在深厚砂层的后注浆效果的足尺试验研究，其中2 根未后注浆桩和1 根后注浆桩加载到了极限承载力[8]，相对大量未加载至破坏的静载试验实测数据，可为研究深厚砂层场地钻孔灌注桩承载性状提供参考和借鉴。

1 试验区岩土条件及试验布置

本工程位于北京市通州区，试验场地为厚砂层场地，地基土的物理力学指标和土层分布见图1。

根据详勘报告，试验场地40 m 深度范围内共赋存两层地下水，第一层为第四系孔隙潜水，水位埋深4.60～7.80 m，静止水位标高11.58～14.66 m，含水层岩性主要为粉砂-细砂②3层、细砂③层、细砂-中砂④层、细砂-中砂⑤层。第二层为第四系承压水，长期观测孔内测得承压水头高约24.0 m，其含水层岩性主要为细砂-中砂⑥层。

试验区布置见图2，试验详细描述见文献[9-10]。基于邻近其他试验区试成桩经验，本项目试验桩施工均采用旋挖成孔施工工艺。本文着重针对试验区1-2进行后注浆和未后注浆抗压桩静载荷试验对比分析。

图2 试验区布置图

根据设计资料，本试验桩工程有效桩顶标高为10.70 m（绝对高程，余同）。试验区自然地面标高19.50 m，抗压试验桩开挖至18.0 m 标高处进行检测，采用长为7.3 m 的内外双套筒消除有效桩顶标高以上的桩身侧阻力。

为测得试验桩侧各土层的极限侧摩阻力，根据场地土层的分布情况，在试验桩桩身10 个截面处设置了钢筋应变计（1、3 断面对称设计4 个钢筋应变计，其余断面对称设置2 个钢筋应变计），包括有效桩顶处，各土层分界面，以及较厚的细砂③层、细砂-中砂④层、细砂-中砂⑤层的层中位置。具体安装位置示意图见图1。根据应变计的布置，较厚土层被划分为上和下两个部分，标注为③上、③下，以此类推。同时各试验桩上设置了沉降杆（有效桩顶处、桩身中部及桩端），以及获取桩端阻力的桩端土压力盒。

桩身完整性检测结果表明，各试验桩及锚桩均为Ⅰ类桩。

2 抗压静载试验分析

2.1 沉降变形量分析

图3、图4为该试验区6 根抗压桩的荷载-位移曲线图。其中TP4-TP6 为后注浆桩；TP7-TP9 为未进行后注浆桩。

由图3（a）可见，后注浆桩和未后注浆桩特性发挥区分显著。与未后注浆桩相比，3 根后注浆桩的荷载-位移曲线更为平缓；而未后注浆桩在加载量3200 kN（图中横坐标2000 kN 和4000 kN 之间的试验点对应的加载量）时即出现明显的“低头”现象。在加载量11500 kN 时，后注浆桩沉降变形量约为未后注浆桩沉降变形量的10%。

图3 抗压桩荷载–位移曲线

从图3（b）桩端沉降曲线分析，未后注浆桩的桩端沉降在加载量2400～4500 kN 先后出现“陡降”的现象，推测与其桩端沉渣较厚有较大关系。相比之下后注浆桩无此现象，可见，在该场地后注浆可减小桩端沉渣对沉降的影响。

为详细对比桩的承载发挥性状，分别选择对比组中加载量最大，且已加载到极限承载力的TP4 桩（最大加载量21000 kN）和TP9 桩（最大加载量11500 kN）进行详细对比和分析。两根桩桩顶沉降和桩端沉降的对比情况见图4。由图可见，后注浆桩桩顶沉降的阶段性台阶式特点，与桩端沉降有密切关系；同时与未后注浆桩相比，后注浆桩的沉降表现更加稳定、平缓。

图4 TP4 和TP9 的Q-s 曲线

2.2 桩身承载性状分析

图5为TP4 和TP9 两根桩在各级加载情况下桩身轴力分布图，其中0～7.3 m 为桩身无效段，采用内外双套筒隔离措施。由图可见，与TP4 相比，TP9 在浅部土层曲线较陡在浅部土层范围TP9 的侧阻发挥低于TP4 的发挥；同时TP4 桩在加大荷载量时细砂③层（新近沉积土层）出现侧阻软化现象。在细砂-中砂④层位置，未后注浆桩TP9 的侧阻发挥整体上要大于后注浆桩TP4；但在细砂-中砂⑤层，加载量8400 kN 左右时，后注浆桩的侧阻开始反超未后注浆桩的侧阻发挥值，并在砂土⑥层中明显大于未后注浆桩的侧阻发挥。（见图6-图13）

图5 各级荷载下单桩轴力分布

图6 侧阻力随桩身的变化曲线

图7 TP4 桩身各土层随加载量增加侧阻的发挥

图8 TP9 桩身各土层随加载量增加侧阻的发挥

图9 细砂③层侧阻发挥对比

图11 细砂④下层侧阻发挥对比

图12 中砂⑤层侧阻发挥对比

图13 砂土⑥层侧阻发挥对比

从图14、图15 端阻力发挥曲线看，与未后注浆桩相比，后注浆桩的桩端阻力增加缓慢，说明后注浆对减少桩端“软垫”（沉渣）效果较明显。桩顶沉降量相等条件下，后注浆桩的桩端阻力要大于未后注浆桩的桩端阻力，加载过程中最大桩端提高系数约为1.69，即端阻力的后注浆提高系数要小于国标桩基规范所建议的范围2.6～3.0[1]和北京规范的建议值2.2～3.0[11]。

图14 桩端阻力–加载量的变化曲线

图15 桩端阻力–桩顶沉降量变化曲线

2.3 后注浆提高系数

根据各土层侧阻力发挥情况，汇总对比了后注浆桩TP4 与未后注浆桩TP9 的侧阻及端阻发挥实测数据（见表1）。由该表中数据可知，同深度土层条件下，后注浆桩侧阻的发挥可达到未后注浆的1.16～3.64 倍，浅层新近沉积土层提高系数较小，到达第四纪沉积土层后，随着埋深增加后注浆提高系数整体呈增大趋势；后注浆桩的端阻力发挥不充分，仅为未后注浆桩的1.08 倍，分析为发生桩端刺入破坏所致。该试验区综合提高系数可达到2.22。

表1 后注浆提高系数汇总表

根据地勘参数及试验区补勘钻孔数据，计算所得未后注浆单桩极限承载力值介于5093～5367 kN。与计算值均值（5213 kN）相比，静载试验所得后注浆极限承载力综合提高系数可达3.57 倍。

同一场地4 个试验区12 根后注浆桩的荷载-位移曲线见图16。对比12 根后注浆桩与未后注浆桩承载力计算值，后注浆综合提高系数见图17，排除未加载至极限值的3 根桩（图中空心圆所示），后注浆综合提高系数为2.53～3.57。

图16 4 个试验区后注浆桩荷载–位移曲线

图17 后注浆综合提高系数

3 结论

在通州新城厚砂层场地采用钻孔灌注桩后注浆工艺及其效果，目前积累的工程经验尚少。通过本文分析研究得到以下几点结论，可供类似场地桩基设计借鉴和参考。

（1）后注浆施工工艺可显著减小桩顶沉降，将有利于上部结构的变形控制。

（2）桩侧摩阻力的发挥是一个异步发挥的过程。在加载量较大时，后注浆桩浅部新近沉积土层出现侧阻软化的现象。

（3）基于后注浆和未后注浆桩的阻力发挥数据，在该场地侧阻后注浆最大提高系数要高于北京规范建议值；端阻后注浆最大提高系数小于北京规范建议值。

（4）与未后注浆试验结果相比，后注浆综合提高系数可达2.22；与设计时采用的未后注浆桩承载力计算值相比，该深厚砂层场地静载试验后注浆综合提高系数为2.53～3.57。

致谢：本次试验研究课题组成员还有宋 捷、宋闪闪、杨 爻等。