钻孔灌注桩桩端后注浆承载性能数值分析
宋建，于志华，刘炎炎
（东北大学资源与土木工程学院，辽宁沈阳110004）
【摘要】借助于有限差分软件FLAC3D来模报后注浆对端承载性能产生的影响，通过建立不同的数值模型，分析 在不网桩长、不同注案量的条件下桩端后注浆对钻孔灌注桩承载力产生的影响.并对沈阳夏官城市广场试验桩的模拟结果与现场静载试验结果进行对比.研究结果表明，磁长和单桩注浆量对桩端后注浆钻孔灌注桩的承载力影响最为显著.
[关键司]被基础：站孔灌注桩：后注浆：模拟：沉降
[中图分类号】TU473.1 [文标识码]A
[文章编号]1002-8498(2012)05-0092-03
TechnologyofBoredPile
(Schesl of Resoures & Cinil Engineering Notheasters Unieerity Shenyang Liaoning 110004 Chins) Song Jian Yu Zhihua Liu Yanyan
capacity of pile analyze the influence of bearing capacity of post-grouting uner the difeent pile lengths Abstract: Utilizing FLAC3D finite element software the authors simulate the influence of bearingand grouting quantities by establishing the numerical models of bored piles end post-grouting Lastly thesimulation results of test piles in Shenyang Xisgong City Square engineering and field static load testresults are pared. Research results show that the main factors effected on bearing capacity of boredpile with post-grouting are lengths and grouting volume.
Key words:pile foundations;bored piles; posl-grouting; simulation; setlement
浆（租粒土），既克服了灌注桩施工工艺的固有缺陷为了评价其实际承载力，按照设计要求对本工（桩底沉渣和桩侧泥皮等），又加固了桩底和桩侧一定范围内的土体，从面大幅度提高单桩承载力[].大量工程实践表明，该技术具有适用范围广、施工方法灵活、承载力高、效益显著和便于普及的特点.
钻孔灌注桩桩端后注浆技术将注浆技术与桩6000kN，混凝土强度等级为C45.
基技术结合起来，通过高压注浆方式将水泥浆通过2钻孔灌注桩静载试验
注浆管压人桩底，通过劈裂注浆（细粒土）或渗透注2.1静载试验
程先做静载试验桩，在每级加载时记录桩顶的沉降.目的在于确定桩基的承载力，取得桩基的设计参数.为了对桩端注浆桩和非注浆桩单桩竖向极限承载力进行比较，分析本工程砾砂层注浆效果，为717根），其中5根为摊底注浆桩，注浆量为 设计要求对1号、2号楼做7组静载试验桩（总桩数2600kg水泥，注浆压力为4MPa.这7组静载试验桩的荷载-沉降曲线对比如图1所示.
1工程概况
沈阳夏宫城市广场拟建成集甲级写字楼、公寓式酒店、高档住宅及旗舰型商业为一体的大型商住综合体.本工程主楼的承压桩采用桩径为0.8m的桩端后注浆钻孔灌注桩，桩端持力层为砾砂层，单 桩有效长度为20m，单桩竖向承载力特征值为
本次测试采用维持荷载法，即逐级加荷，每级荷载达到稳定后，加下一级荷载，直至满足设计要 求，然后按规定逐级卸载到零.
2.2试验结果分析
试验结果表明，1号楼注浆桩单桩竖向极限承载力为14000kN，非注浆桩单桩竖向极限承载力为9000kN，说明注浆桩单桩竖向极限承载力比非注浆
图1各试桩荷载一沉降曲线对比Fig. 1 The pared test curves of pile load-settlement
浆桩单桩竖向极限承载力为13000kN，非注浆单桩 单桩竖向极限承载力能提高55.5%以上.2号楼注竖向极限承载力为9000kN，说明注浆桩单桩竖向极限承载力比非注浆单桩竖向极限承载力能提高44.4%以上.当荷载较小时，桩顶即产生沉降.当沉降约为21.14mm；而采用桩端后注浆的试桩1- 未注浆的试桩1-182加载到荷载为9000kN时，桩顶118在9000kN时桩顶沉降为8.27mm，说明桩端后注蒙的试桩桩顶沉降比未注浆的沉降值小.也就是说，桩端后注浆可以减少沉降量，使得桩底的沉渣及卵石层得到固化.
3数值模拟分析
3.1有限差分法计算模型的建模思路
1）为了在有限差分分析中使间题既得以简化假定桩体和注浆体均为线弹性体；假定土体为理想 又能反映问题的主要特征，本文作了如下假定：①弹塑性体，服从莫尔-库仑届服准则：②很定在竖直荷载作用下，桩与桩周土之间不产生相对滑移，其接触面上的结点在变形过程中始终保持接触：③钻孔过程中引起的土体位移和应力场的变化不予考虑.
2）计算模型中土体所取的计算范围为：水平方向取柱轴向外10D（D为桩的直径），取0.8m，垂直方向取桩长的2倍，桩端注浆体简化为圆柱体.模型的边界条件为：模型顶部，2=0，是一个自由面，在 左、右两边垂直面上限制x方向的位移，在前、后两垂直面上限制y方向的位移.模型底部，=-40m，固定于=方向.在x=±10m，y=±10m处的模型侧面上施加滚支边界条件：上部边界土体则在x.y方向都完全自由.
3.2计算参数的选取
假设注浆后的浆土加图区域为一个圆柱形体，其强度大于原始土体，考虑地基为桩周的一层砂土，其参数如下：密度p=1950kg/m²，弹性模量E.=40MPa，泊松比t=0.35，黏聚力c=0kPa，内摩擦
角=30°.桩体、桩端注浆体的参数如下：①桩体，密度p=2500kg/m²；弹性模量E =2.50x10MPa，治松比==0.20，线弹性本构模型；②注浆土体，密度p=2200kg/m²；弹性模量E.=300MPa，泊松比=0.25，线弹性本构模型.
3.3植长的变化对后注浆灌注桩受力性状的影响
对桩长分别为20，25.30.35，40m的桩端注浆桩和桩端未注浆桩进行建模，其中桩径均为0.8m，桩端注浆桩注浆体为2m（直径）×2m（高度）的圆 柱，注浆体的压缩模量为300MPa，未注浆桩桩端土的压缩模量为40MPa.主要研究桩长的变化对后注浆注桩受力性状的影响.在各级荷载作用下绘制不同桩长的注浆桩和未注浆桩的Q-曲线对比，如图2所示.
图2不同桩长注浆桩和未注聚桩的
Fig.2 Comparison of the Q-r curves of grouting Q-r曲线对比and no-grouting piles under different lengths
桩径相同时，在桩端注人浆体后，承载力得到不同程度的提升，位移也大幅度减小，桩长为20m41.6%；继续增大后注浆桩桩长至25.30m时，注浆 时，注浆桩桩顶位移分别比未注浆桩减少了植桩顶位移分别比未注浆桩减少了42.9%和47.6%；而再继续增大桩长至35，40m时.注浆桩桩顶位移分别比未注浆桩减少了35.2%和33.7%，其减少的幅度有所降低.可见，在桩端注浆体体积相 同的条件下，后注浆被桩长的变化对桩端极限承载力的提高和桩顶位移的减小有很大的影响，当桩长为30m左右时使用后注浆技术更为经济有效.
3.4不同注浆量对后注浆滥注桩受力性状的影响
浆桩、桩端注蒙体为1.5m（直径）×1.5m（高度）的 对桩长为20m、桩径为0.8m的桩，分别取未注圆柱体、桩端注浆体为2m（直径）×2m（高度）的圆柱体、桩端注浆体为2.5m（直径）×2.5m（高度）的圆柱体、桩端注浆体为3m（直径）×3m（高度）的圆柱体在荷载为8000kN时进行建模，注浆体的压缩模 量取300MPa，主要研究桩端注浆量的变化对桩的受
力性状的影响.各级荷载作用下桩端注浆量不同条件下Q-s曲线对比如图3所示.
图3不同桩端注浆体的注浆桩与未注浆桩 的Ω-s曲线对比Fig. 3Q-s curves of no-grouting piles and groutingpiles under different pile grouting body
从结果可以得知，在相同桩长、桩径的情况下，注浆量较大的桩在相同荷载作用下其沉降量要小于注浆量较小的桩.在实际工程中由于承载力增 加的幅度有限，因此存在一个最优注浆量的问题.注浆量在实际工程中应结合现场试桩资料和当地其他工程的经验来确定.
3.5试验桩的数值模拟
在桩体受荷载作用过程中，桩端后注浆会对桩土位移场产生影响，图4为桩长为20m、桩径为0.8m的桩端后注浆桩（桩端注浆桩注浆体为2m（直径）x2m（高度）的圆柱体）和桩端未注浆桩在荷载作用下的位移场对比图.
图4未注浆桩位移场Fig. 4The vertical displacement of no grouting pile
从图4中可以明显看出注浆桩的桩底位移明显比未注浆桩的桩底位移小，说明后注浆效果显著.
4数值模拟与静载试验结果对比分析
将数值模拟的结果进行整理，画出Q-曲线并与静载荷试验结果进行对比，如图5所示.
对比结果表明，采用数值模拟的Q-s曲线与实测的Q-s曲线比较接近，Q-s曲线的大体走势一致， 数值模拟得出的桩顶位移量略高于试验桩.这是由于数值模拟过程中，为了方便建模，对地层厚度及注浆区的参数进行了统一和简化，因此造成模型与实际地层情况间的差异，但模拟计算所得桩顶位
万方数据
5结语
参考文献：
Fig.5 Q-s curves of FEM piles and test piles 图5模拟桩与试验桩桩顶Q-s曲线对比
移与试验桩的差异不大，且总体变化趋势是一致的.
从以上分析可见，采用数值手段来模拟在竖向荷载下钻孔灌注单桩的承载情况是比较可靠的.
上，以沈阳夏宫城市广场工程为背景，采用数值模 本文在广泛参考国内外相关研究成果的基础拟和现场试验相结合的方法对钻孔灌注桩桩端后注浆技术的关键技术问题进行了探索和研究，得到的主要结论如下.
1）从试验结果可以看到，本工程在桩端砾砂层注浆2600kg后，注浆桩竖向极限承载力比未注浆桩提高了44.4%以上，注浆效果明显；数值模拟与静载试验结果对比表明，数值模拟结果与实际试桩结果基本吻合.
2）通过分析试桩1-118，1-182，得出当桩顶荷载为2000kN时，注浆桩的桩顶位移仅比未注浆桩减少了1.69mm，差异不是很明显；当荷载增大到6000kN时，注浆桩的桩顶位移比未注浆桩的减少了8.45mm，差异十分明显.这表明在一定范围内桩顶 荷载越大，注浆效果越明显.
[1]王秀暂，黄维明，薛国亚，等，桩端后注家技术的研究现状及[2]沈保汉，后注浆桩技术（6）--影响桩端压力注蒙桩竖向抗 发展[J].施工技术，2004 33（5）：28-31.[3]刘炎炎，钻孔灌注后注浆技术在工程中的应用研究[D] 压承载力的因素[J）.工业建筑，2001 31（10）：62-65.沈阳：东北大学，2011.[ 4 ] Itasca Consulting Geoup Inc. FLAC-3D(Fast Lagrangian Analysis of Continus in 3Dimensions) [ M]. USA ;lhasca Consulting Grouplne 1997 ;1-573 [ 5 ] FLAC Basic. ITASCA Conulting Group. Ine. 1999.
