姑嫂树立交上桥匝道工程桩基设计

姑嫂树立交上桥匝道工程桩基设计摘要在二十一世纪，随着城市车辆的不断增长，交通拥堵问题日益凸显，城市高架的出现使得交通拥堵得到有效的改善，在实现城市快速交通方面发挥不可代替的作用。大直径的钻孔灌注桩由于单桩承载能力强、沉降量相对小，因此在高架建设中广泛应用。然而，传统的钻孔灌注桩技术虽然十分成熟，但受其成孔工艺的限制，仍然难以避免地会有孔壁泥皮、桩底沉渣等因素影响其承载能力。

在工程实际中，越来越多的城市高架的钻孔灌注桩采用后压浆工艺，以减少桩侧泥皮影响和桩端沉渣，达到控制沉降量、提高桩端承载力的目的。后压浆工艺由于能适用于各种地层条件，现已被广泛应用到各类重要建筑地基当中。本文先从钻孔灌注桩后压浆技术的研究意义谈起，总结国内外后压浆领域的研究成果，对后压浆技术作一个概述。并将介绍大直径桩成孔技术，尤其是钻孔灌注桩的施工工艺、功能特点及常见缺陷，由此说明钻孔灌注桩中使用后压浆工艺的必要性。接着，将着重介绍后压浆技术提高单桩承载力的作用机理，分为物理作用机理和化学作用机理分别陈述。并通过列举简单介绍后压浆技术的适用地层和适用的工程建筑。随后，通过以某超高层建筑的基础工程为例，对后压浆技术在实际工程中的应用有一个完整的叙述，包括其工程概况、施工条件、施工工艺及流程等。最后，立足于桩端后压浆钻孔灌注桩的承载力计算。介绍传统的钻孔灌注桩极限承载力计算方法和几种认可度比较高的桩端后压浆钻孔灌注桩极限承载力计算方法，并以桩端固结体为球体的计算方法为例，结合工程实例计算桩端后压浆工艺对其承载力的提升效果。同时对本工程进行了承载力理论计算，比较压浆前后承载力的提升效果由于钻孔灌注桩的后压浆技术涉及到的因素众多，在不同地区地质条件的不同工程中，其效果差异往往较大。本文仅针对武汉市某高架基础中钻孔灌注桩的后压浆技术进行探讨，综合各类文献和资料，对其承载力和作用机理做出初步的探究。后压浆技术存在的问题和今后的发展，仍然需要进一步的研究。关键词；城市高架；桩基工程；后压浆技术；钻孔灌注桩；单桩承载力。目录第1章绪论 11.1钻孔灌注桩后压浆技术的研究意义 11.1.1钻孔灌注桩的功能特点 11.1.2钻孔灌注桩的缺陷与不足。 11.1.3钻孔灌注桩后压浆技术 21.2后压浆技术的现状 21.2.1后压浆技术在国外的状况 21.2.2后压浆技术在国内的状况 31.3本章小结 4第2章钻孔灌注桩施工技术应用研究 42.1桩基的应用及分类 42.2钻孔灌注桩的设计要点与施工工艺 52.2.1设计应注意的要点 52.2.2钻孔灌注桩的施工工艺 52.3大直径灌注桩主流成孔技术简介及应用 62.3.1人工开挖成孔 62.3.2机械成孔 72.3.3机械扩底桩的成孔方法 72.4正反循环钻进成孔技术简介 82.4.1反循环钻进成孔技术 82.4.2正循环钻进成孔技术 82.5灌注桩常见质量问题分析 92.6本章小结 9第3章钻孔灌注桩后压浆技术作用机理 103.1钻孔灌注桩后压浆技术的概念与分类 103.1.1按压浆部位分类 113.1.2按压浆压力扩散方式分类 113.1.3按压浆工艺分类 113.2后压浆技术作用机理 113.2.1物理作用机理 123.2.2化学作用机理 123.3钻孔灌注桩后压浆技术工程地质适用范围及领域应用范围 133.3.1工程地质适用范围 133.3.2工程建筑应用范围 133.4本章小结 14第4章武汉市某高架匝道基础后压浆技术工程应用 144.1工程概况 144.2工程地质条件 154.2.1场地工程地质条件 154.2.2场地水文地质条件 174.3本工程设计要求与应用的参数 184.4钻孔灌注桩后压浆施工工艺 184.5本章小结 20第5章灌注桩的承载力计算方法 205.1引言 215.2普通灌注桩承载力的确定 215.2.1静力触探法 215.2.2经验法 215.2.3静载试验法 225.3后压浆灌注桩极限承载力的计算方法 225.3.1按照规范的后压浆灌注桩承载力计算方法 225.3.2提高系数估算法 235.3.3摩阻力、端阻力综合计算法 235.3.4按照桩端固结体为圆球的扩底桩承载力计算公式 245.3.5桥涵地基规范计算方法 245.4本章小结 25第6章后压浆灌注桩承载力计算实例 256.1武汉地区典型地层划分 256.2桩端持力层为泥岩时后压浆灌注桩的承载力情况 256.3工程实例分析 266.3.1普通钻孔灌注桩的极限承载力 266.3.2桩端后压浆灌注桩的极限承载力 276.3.3桩端后压浆的提升效果 286.4本工程后压浆承载力理论计算比较 286.5本章小结 30第七章结论 307.1结论 307.2展望 31致谢 31参考文献 32 绪论钻孔灌注桩后压浆技术的研究意义随着国民经济的发展，由于城市高架能够有效缓解交通拥堵问题，从而受到越来越多青睐，钻孔灌注桩由于其独特的性能在城市桥梁建设中被广泛应用，而后压法是在成桩后通过对桩端沉渣及桩侧孔壁的泥皮处进行压浆处理，这种方法能够有效的改善桩的边界条件，消除桩端沉渣和桩侧泥皮的不利影响、扩大桩的支撑面积、大幅度提高桩的承载力，以便在基础建设中减少桩数、减短桩长、减小桩径，节约成本、提高经济效益。承载力的提高正是沉降量控制的关键，使得高架桥梁建设能够满足车辆快速行驶的要求。钻孔灌注桩的功能特点钻孔灌注桩相比预制桩等其他类型的桩，其功能特点主要有以下几点：（1）适用于各种复杂地层。（2）施工相比于沉入桩中的锤击法对周围土体扰动小噪音小单桩承载力强，可以制造大直径的桩。（3）抗震性能好，能承受较大水平荷载。（4）相邻干扰小，可密集施工。正是由于其具有上述的优点，才得以在城市高架桥梁和超高层建筑中大量使用。然而，钻孔灌注桩尽管作为一项成熟而可靠的技术，在工程中早已取得广泛的检验和应用，但目前仍然存在着一下几点缺陷和不足。1.1.2钻孔灌注桩的缺陷与不足。钻孔灌注桩的缺陷与不足主要有以下几点：施工中产生的孔底沉渣和孔壁泥皮，影响桩的承载能力。在施工过程中，容易出现桩位偏差过大。灌注过程中难以避免出现夹泥、扩径、缩径、混凝土的离析等质量问题，影响桩身完整性。为保证承载能力，往往设计、施工上都偏向保守，影响工期和造价。属于隐蔽工程，质量监测难。上述的几点缺陷，在普通钻孔灌注桩的施工中均无法避免，使用常规的灌注方法难以完全消除其带来的隐患。在实际工程中，往往采用后压浆技术来弥补传统钻孔灌注桩的缺陷。1.1.3钻孔灌注桩后压浆技术后压浆技术是指在灌注桩成桩并且强度符合要求之后，通过技术措施，进一步在桩或桩端注浆提高桩的承载能力的技术方法。采用后压浆工艺，经由预埋的压浆管路对钻孔灌注桩桩端或桩侧压注水泥浆液，一方面清除了桩端沉渣，提高了桩端承载力，另一方面补强桩身、密实桩周和桩侧土体、提高桩周土的粘聚力，加大桩侧摩阻力REF_Ref1524\r\h错误!未找到引用源。。这两方面共同作用下，钻孔灌注桩的承载力得到了提高。钻孔灌注桩后压浆技术有以下几点作用与优点：通过水泥浆液将桩端沉渣固结从而消除桩底沉渣影响，加固桩端持力层，提高桩端承载力并减小沉降量。消除孔壁泥皮，提高桩侧摩阻力。密实桩周土体，改善其受力性能，从而提高桩的承载力。对桩身存在的部分缺陷进行补强，提高桩身完整性。对比不采用后压浆技术的桩，可大大减少桩径和桩长，减少工程造价和工期，提高经济效益。适用范围广。适用于无流动水的卵砾石层、碎石土、中粗砂、稍密和中密粉细砂等土层，以及风化岩层[2]。施工工艺简单，便于普及。后压浆技术在基础施工扮演重要的地位。采用了后压浆的桩，和等直径桩长的桩相比，其单桩承载力大大提升，因而可以适当缩短桩的设计长度，节约施工费用，缩短工期REF_Ref1524\r\h错误!未找到引用源。。研究后压浆技术，分析其作用机理、适用范围和承载力提升效果，对于城市高架建设工程的设计、施工都具有重要的指导作用。后压浆技术的现状后压浆技术在国外的状况1958年，在委内瑞拉修建Maracaibo大桥桩基时首次应用到后压浆技术[3][4]。这之后，后压浆技术的应用愈发广泛，在世界各个国家、多个工程领域中起到重要作用。Parana运河上桥梁基础注浆采用砾石篮装置，使用的砾石篮装置是作为“浆液和压力分配室”，固定在钢筋笼底部[3][5]。在这一工程中，Bolognesi和Moretto观察到桩端注浆不仅可以加固桩端土体，还能提高桩侧阻力[1][3]。泰国工程师于80年代在砾石篮子装置基础上进行改进，在修建斜拉桥时用以进行桩端压浆[5]。1981年，LizziF[6].提出了一类全新的、使用闭式注浆的“FCP”桩。其压浆设备的重要构成是两块打孔的钢板和肋板。施工时用密封层将压力注浆室包裹住，固定在钢筋笼上下放到孔底，注浆后上下钢板分离，下钢板在孔底形成扩大头。1983年，Littejohn,etal介绍了一种袖阀管桩端注浆装置，并进行注浆试验，试验表明化学浆液对于孔隙率25%～33%的地基土，可以扩散1.8～2.1m[3][7]。StockerM.F.在1983年介绍了一种袖阀管/压力腔联合压浆装置，可以同时提高桩端阻力与桩侧摩阻力[3][8]。在1989年，D.E.Sherwood通过对比分析密实砂土中，注浆桩和未注浆桩的性能，得出结论是注浆桩的刚度大大增强，桩端沉降明显减少[3][9]。在1992年Olevskij介绍了一种地基处理新方法，即通过桩端压浆，从而将桩底泥炭夹层挤出，形成固结体，避免了住宅的次固结变形[3][10]。1993年，FlemingW.G.K.介绍了一种U型注浆管，固定在钢筋笼上下放到孔底，可以起注浆和声测作用[3][11]。在1995年Boleslaw提出，大直径桩的施工，会造成桩周土体的应力释放，从而扰动孔壁与孔底土体。而在桩端进行注浆，可以减轻扰动，提高桩的承载性能[3][12]。随着有限元数值模拟技术的发展，在1998年，B.D.Littlechild采用有限元数值模拟方法，模拟后压浆机理，得出结论是桩侧和桩端压浆均能提高桩的承载能力[3][13]。在2002年，ThasnanipawNarong和AyeZaw.Z对持力层为砂砾石土层中的压力注浆桩的承载特性进行了研究，研究表明对砂石土层或松散大颗粒含量较多的土层注浆后的加固效果非常明显，此时采用桩端压浆的基桩具有更好的力学稳定性与安全性[14][15]。总而言之，国外的研究者对于后压浆技术的发展和普及做出了卓越的贡献。他们不仅设计出各类压浆设备投入使用，并在工程应用实践中进行改进，还在后压浆作用效果和机理、承载力提升能力等方面进行大量试验，取得了不少成果，为工程建设提供参考依据。后压浆技术在国内的状况后压浆技术于1980年之后引进我国。最初，1983年北京市建筑工程研究所研制了一种桩端压力注浆桩，是通过预留压浆空腔的方式注浆[3]。1985年，公开报道了利用桩身埋设的声测管来进行桩端注浆REF_Ref3911\r\h[17]。1988年，徐州市第二建筑设计研究院研制出预留压浆通道的桩端压浆技术方法REF_Ref1524\r\h错误!未找到引用源。。90年代后，桩端压浆技术在我国迅速发展，目前已有多种桩端压力注浆装置[25]。1995年，黑龙江省桩基础工程公司研制出人工挖孔桩的桩端注浆工艺，包含压浆管和溢浆管REF_Ref1524\r\h错误!未找到引用源。。1996年，武汉地质勘查基础工程总公司开发出压浆成功率极高的桩端压力注浆装置，并将其应用到工程中REF_Ref3911\r\h[17]。黄生根、龚维明REF_Ref23847\r\h[18]通过对苏通大桥试验桩的承载力性能分析，得出结论后压浆技术对于超长大直径桩的承载性能提升效果显著。黄生根等人根据软土中采用后压浆技术的钻孔灌注桩的静载试验、应力测试试验结果，总结出后压浆钻孔灌注桩的荷载传递机理REF_Ref23939\r\h错误!未找到引用源。。王红伟等人通过对桩端后压浆的嵌岩桩进行承载力性能试验，得出桩端后压浆对于嵌岩桩的承载能力提升效果REF_Ref24409\r\h错误!未找到引用源。。王华等人REF_Ref24631\r\h错误!未找到引用源。通过分析桩身应力分布，按照桩端固结体为球体的计算思路，提出了后压浆灌注桩的承载力计算公式。总而言之，国内对于钻孔灌注桩的后压浆技术已经十分重视，并且也已做了极具价值的试验，得到了重要的结果。然而，后压浆技术由于在工程中应用时的复杂情况，仍然需要进一步的研究。1.3本章小结后压浆技术在城市高架桥梁基础建设和超高层建筑领域，有着十分广阔的应用前景。本文将立足于武汉市内城市高架桥梁基础中钻孔灌注桩的施工技术特点与要求，阐述后压浆技术作用机理与适用范围，并联系工程实例进行理论计算，以确定后压浆技术对桩基承载力的提升效果。第2章钻孔灌注桩施工技术应用研究2.1桩基的应用及分类桩基是一种常见的基础形式，由于其具有承载能力强、稳定性好、沉降量较少的优点，在城市高架桥梁建设中运用广泛。按照施工工艺的不同，分为灌注桩和预制桩。灌注桩：是在成孔后下放钢筋笼到孔内，再灌注混凝土成的桩。预制桩：是将预先制作完毕的桩，在基础建设施工时利用静压机等设备将提前预制的桩压入相应的地层中。由于城市高架桥梁基础直径大且沉降控制的要求较高，而灌注桩对土体的扰动较小、适合密集施工，因此往往采用灌注桩。2.2钻孔灌注桩的设计要点与施工工艺2.2.1设计应注意的要点钻孔灌注桩设计时应考虑到以下几个要点：地质条件。桩应尽量避免设置在溶洞、断层、滑坡体、挤压破碎带等不良地基中，以保证结构的稳定性。建筑物上部结构的荷载特征。对于荷载大的高层建筑，要合理设计桩长桩径以达到足够大的单桩承载力。施工技术条件与环境条件。设计桩数、桩位时应充分考虑到施工可行性与工期。选定合适的设计方法和可靠的设计参数。2.2.2钻孔灌注桩的施工工艺其施工工艺流程如下图所示：图2.1钻孔灌注桩施工工艺流程图其中，重要的施工工艺如下：施工前现场的准备。准备工作包括平整场地、布置泥浆池、检验钢材等，以便后续施工。放线及护筒定位。钻机就位前，预先在施工场地上找到桩位点，以供钻机定位。护筒应精确地埋设在桩位上，二者中心点尽量重合，以保证钻孔位置准确。钻进成孔。钻机按照预设的钻孔深度，采取适当的成孔技术钻进成孔。钻进时，要保证泥浆循环，并及时使用挖机将钻渣运出场地。取样。钻机钻进至岩层和终孔时均需取样，用以送检分析。终孔。钻进到设计孔深时停止钻进，并测量此时孔深。清孔。钻机终孔后循环换浆清孔。钢筋笼的制作。根据实际钻孔深度，计算出实际桩长，筋笼组人员据此制作钢筋笼。钢筋笼的下放。钢筋笼在拼装焊接时，应当清理上、下节钢筋笼焊接部位的表面污，并保证主筋轴线对正焊接。在钢筋加密区和非加密区箍筋间距需要达到设计要求。二次清孔。为保证孔底沉渣厚度达到设计要求、确保桩端承载力，在下放钢筋笼后下放安装导管，配合泥浆池进行二次清孔。混凝土的灌注。清孔完毕后要及时灌注混凝土。砼经检验后方可灌注，灌注时需保证连续灌注，并有适当超灌。灌注完成前，严禁将导管提出混凝土灌注面。2.3大直径灌注桩主流成孔技术简介及应用2.3.1人工开挖成孔1893年，人工开挖成孔孔灌注桩于在美国芝加哥问世,被称为“芝加哥式挖孔桩”。其主要特点如下;设备要求简单。造价低。可多桩同时作业,施工快速。桩尖持力层和桩底沉渣可肉眼观察,受力可靠,桩径可随意调节。早期在国外得到广泛应用,目前国外人工开挖灌注桩最大直径已达8m。在国内,劳动力廉价且丰富,人工挖孔桩更是得到青睐,特别是在沿海地下水位较高的软土地区也大量应用。国内目前最大挖孔桩直径达5m,用于湖南张家界市鹭鸶湾大桥；最深约60m,用于福建厦门的中闽大厦[22]。虽然早期人工挖孔桩得到大量应用，但是人工挖孔由于劳动强度大,有一定的危险性同时随着劳动力成本的提高在桩基成孔中中所占比例逐渐减少。2.3.2机械成孔机械成孔按照不同的分类方法可分多种。按成孔取土方式的不同可分为冲击法成孔、螺旋钻进成孔、旋转式钻机成孔以及冲抓式成孔和取土斗成孔;按成孔护壁方式的不同可分为泥浆护壁、套管护壁;泥浆护壁成孔可分为正循环钻进、反循环钻进。(1)机械冲击成孔机械冲击成孔一般会采用泥浆护壁,这是一种应用较为广泛的成孔方法。其施工所用机具简单,进出场地也方便，同时造价低廉。冲击成孔适用于砾石漂石土层、砂性土及微风化层,是对付夹片石层最好的成孔方法。在冲击成孔过程中同时也对孔壁周边地层进行挤密,这有利于护壁质量的提高,在遇到容易塌孔的砂、淤泥地层时可以适当加大泥浆比重,以便能顺利成孔。冲击成孔的桩直径通常在0.5～1.8m,直径最大可达到2.5m。冲击成孔也存在一些不足，如施工周期长,泥皮过厚,孔底沉渣超出规范要求等诸多缺陷,施工质量得不到准确控制;钻机施工现场往往泥浆四溢,不利于环境的保护和绿色施工。旋转钻机成孔对于直径超过2.5m的超大直径桩,常用旋转钻机成孔。旋转钻机的重要指标是额定扭矩和在岩层的最大成孔直径,目前国产的旋转钻机有许多不同的型号,例如钻机KPY4000型的额定扭矩达到了220,最大直径4m时可钻进80MPa的岩石。旋转钻机成孔速度快,KPG3000钻机在香港新机场使用,完成岩石强度200MPa、桩径2.5m深度100m的嵌岩桩,钻孔速度可达0.8～1.6m每台班ADDINNE.Ref.{471A134B-FA94-499A-88A1-16D69304679A}[23]。然而旋转钻机一次性投入较高,在对于超大直径桩的成孔成本和效率上优势也较为明显。(3)全套管钻机成孔全套管钻机成孔需先采用机械设备将钢质套管压入相应的地层,然后采用冲击式抓斗或其他方式取土,形成钢质套管护壁的桩孔,在浇筑混凝土的过程中将套管拔出。这种成孔方法可以适用除中风化和微风化岩层的地层。深圳地铁工程一期的维护结构咬合桩施工得到,20～26m长的桩,在各种砂、土和砾、卵石地层中施工,平均8h可完成1根桩[24]。全套管钻机机械化程度相对较高,其主要特点有以下三点：①施工过程中不需要泥浆护壁,对环境污染小。②在钻进施工时采用全长钢护筒,以避免钻进过程中出现塌孔等现象,可以穿过大体积溶洞和软弱地层。③清孔彻底,可在清水状态下灌注混凝土进行施工,施工质量可靠。2.3.3机械扩底桩的成孔方法机械扩底桩又叫钻扩桩,是指先用钻机正常钻出一定深度的钻孔,在孔底利用专门的扩底钻头将孔底部分扩大,最终形成上部圆柱下部为扩大锥体的桩孔。机械扩底在稳定的土层中才能进行,适用于坚硬、硬塑、可塑状态的黏性土,密实、中密、稍密的砂土地层以及岩层。国内施工队伍在香港西铁,采用Wirth.B8带有反循环钻扩底设备的钻机在微风化石灰岩中将2.5m桩扩到3.35m,扩孔段长度5m[25]。扩底桩能提高桩承载力的能力的较高,在桩长一样的情况下,可减小桩径;在相桩径相同的情况下,可适当将桩长缩短。采用扩底桩可以将持力层由微风化地层改为中风化地层，甚至可以直接将强风化地层作为持力层,这样可以缩短施工时间，提高经济效益[22]。2.4正反循环钻进成孔技术简介由上述钻孔灌注桩施工工艺可知，钻孔灌注桩的成孔是钻孔灌注桩施工工艺的重要一环，其成孔技术主要有以下几种。2.4.1反循环钻进成孔技术如下图所示，反循环钻进成孔是指钻进过程中，钻进液从钻杆外到孔壁的环形间隙进入钻杆内孔，携带岩屑从钻孔内返回地面的钻进方法。其优点是钻进效率高、悬浮钻渣能力强。图2.2反循环钻进图2.3正循环钻进2.4.2正循环钻进成孔技术如下图所示，正循环钻进成孔技术是指钻进过程中，钻进液从钻杆内孔进入到钻杆外到孔壁的环形间隙，携带岩屑从环形间隙返回地面的钻进方法。相比反循环钻进，其工艺简单，操作容易，但钻进效率低，排渣能力差。2.5灌注桩常见质量问题分析钻孔灌注桩常见的质量问题主要发生在混凝土灌注时，有缩径、塌孔、夹泥、断桩等问题。缩径：如下图所示，是指施工过程中，由于土压力挤压孔壁、或塑性土层吸水膨胀等原因，导致孔径缩小，灌注后实际桩径小于设计桩径的问题。出现缩径后，应及时用钻头反复扫孔，直到其达到设计桩径。塌孔：是指施工过程中，由于没有做好泥浆护壁、或砼灌注等待时间过长，导致孔壁坍塌，灌注时实际用混凝土远超预期、成桩效果差的问题。预防塌孔，要控制泥浆比重，合理安排砼灌注时间。断桩：如下图所示，断桩是指由于混凝土灌注过慢、初凝时间太短等因素，导致泥浆或砂砾混入混凝土，把灌注的混凝土隔成上下两段的问题。断桩会严重影响桩身完整性，从而引起桩的承载能力不足。夹泥：如下图所示，夹泥是指由于清孔不到位，导致灌注后的混凝土桩身中有软弱夹层，严重影响桩身强度和桩的承载能力。图2.4桩身常见质量缺陷2.6本章小结钻孔灌注桩因为其稳定性好、单桩承载能力强、适用范围广、造价低、成孔技术成熟的优点，成为桩基工程中普遍应用的一种桩型。然而，常规的钻孔灌注桩在混凝土灌注时仍会出现一些质量问题，影响其桩身完整性，限制了其承载能力。第3章钻孔灌注桩后压浆技术作用机理3.1钻孔灌注桩后压浆技术的概念与分类钻孔灌注桩的后压浆技术是指：在钻孔灌注桩成桩且达到一定强度之后，通过预埋的压浆管，将配制好的水泥浆液注入桩端或桩侧的施工方法。依据不同的分类方式，可以将钻孔灌注桩的后压浆技术分为以下几类：图3.1后压浆技术分类如上图所示，后压浆工艺可以分别按压浆部位、按压浆压力扩散方式、按压浆工艺三种方法进行分类。3.1.1按压浆部位分类按照压浆部位的不同，后压浆技术可以分为桩端后压浆、桩侧后压浆、桩端桩侧联合后压浆三种。桩端后压浆：通过埋设到桩端压浆管将水泥砂浆注入到桩端，从而固结桩端周围土体，提高桩端承载力。桩侧后压浆：在距桩端6～11m上方按照特定的距离依次埋设压浆管，在桩侧按照差异性深度来注入浆液，从而使桩侧土体变得密实，提高桩侧摩阻力。桩端桩侧联合压浆：指从上向下逐段完成桩侧注浆，慢慢过渡到桩端注浆。3.1.2按压浆压力扩散方式分类按照压浆压力扩散方式的不同，后压浆技术分为以下几类。渗透压浆：指浆液在压力作用下，将土体孔隙中的水和空气排出，填充孔隙从而固结土体的压浆方法。压密压浆：指在压浆管喷出的高压浆液，冲击土体使其变形，在压浆管端部形成密实的“浆泡”取代土体。劈裂压浆：指浆液在高压作用下，打破土体的初始应力状态，扰动或是破坏岩石和土体的结构，产生更多更大的裂隙，并填充到其中。3.1.3按压浆工艺分类按照压浆工艺，后压浆技术分为开式压浆和闭式压浆。开式压浆：直接将压浆管与钢筋笼连接，成桩后将浆液直接注入到桩底和桩侧的土体中的压浆方式。闭式压浆：将注浆室与钢筋笼连接，成桩后先将浆液注入注浆室内，随着其逐渐膨胀，压迫周围土体并使其密实，并用浆体置换部分桩端土体的压浆方式。3.2后压浆技术作用机理后压浆技术在两方面提升了钻孔灌注桩的承载力：一是通过固结桩周土体，改变土体结构，减小土体孔隙率，改善了土体的受力性能，从而提高桩侧土体的极限侧阻力与桩端土体的极限端阻力；另一方面是在桩端形成固结体，提高桩端受力面积，从而提高了桩端承载力。其具体作用机理，将分别按物理作用机理与化学作用机理陈述。3.2.1物理作用机理这里以桩端后压浆为例，后压浆技术的物理作用机理主要有以下几点[19][26]：（1）冲击沉渣：后压浆浆液从压浆管喷出，冲走桩端沉渣，从而减少桩端沉渣带来的沉降。（2）渗透固结：浆液填充桩底间隙与持力层岩土体的孔隙，在浆液固结后与桩端土体结合成高强的结石体，同时增大了桩端与持力层的接触面积，相当于人造了一个坚硬的持力层，从而提高桩端承载力。（3）充填压密：一方面浆液在压力作用下压密桩端土体，另一方面浆液在压力作用下上浮，充填桩侧土体的孔隙，达到固结土体的作用。（4）胶结泥皮：钻孔灌注桩在成孔过程中孔壁不可避免地会产生一层结构松散、强度低的泥皮，会严重影响桩侧摩阻力[27]。后压浆时，高压下的浆液不仅 能破坏桩侧泥皮，还能再和它一同重新固结起高强度的混凝土，提高桩与土体之间的粘聚力和摩擦力，从而提高桩侧摩阻力。（5）加筋作用：当注浆压力逐渐增大，高压浆液将会劈裂部分土体，并渗透其中，固结后，形成坚固的网状结构，相当于对土体加筋，进一步加强土体。（6）补强作用：浆液渗透到桩身有缺陷的部位，从而加强了桩身完整性。3.2.2化学作用机理后压浆过程中发生的反应，主要是在浆液、水泥、地基土及其所含的化合物之间发生的[27]。普通硅酸盐水泥浆液主要化学成分有CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3，在凝结与硬化的过程中会发生如下的几种化学反应REF_Ref25679\r\h错误!未找到引用源。：一方面，氢氧化钙和硅酸钙凝胶能溶于水并继续与水发生反应，减少土体中水分，增加土体颗粒间的粘聚力[28]。同时反应中产生的钙离子将与土颗粒中的钠离子、钾离子交换，从而较小的土颗粒相互粘结形成较大的土颗粒，同时封堵地层中的孔隙，同时溶液中反应剩余的氢氧化钙将吸附土中或空气中游离的二氧化碳发生反应，进一步增强了土颗粒的硬度。另一方面，由于喷嘴的高压或是钙矾石膨胀引起的土体对浆液的压力，浆液在凝固时将于砂石、土体颗粒共同凝结成结构性好、强度较高的整体，从而使得固结后产生的水泥土的强度大大提高。3.3钻孔灌注桩后压浆技术工程地质适用范围及领域应用范围3.3.1工程地质适用范围从后压浆技术加固机理可知，钻孔灌注桩的后压浆技术是否适用关键在于相应地层是否具有可注性。因此，根据分析和工程实例、文献记载REF_Ref1524\r\h错误!未找到引用源。，这里总结出钻孔灌注桩后压浆技术工程地质上适用的范围：（1）土质基础。一般不选取松散的土质基础作为持力层，但后压浆技术可对桩周松散土体有效补强从而增加桩侧摩阻力，有效增大单桩承载力。（2）砂石基础。砂石地层中有较大孔隙，后压浆效果明显。（3）强风化基础。岩层孔隙较大，后压浆技术可提高桩端土体承载能力。（4）中风化、微风化基础。尽管其岩层孔隙较小，基岩强度较高，后压浆技术对桩端岩体的补强作用不大，但后压浆技术能有效减少孔底沉渣，从而控制沉降量。3.3.2工程建筑应用范围后压浆技术由于其能控制沉降量、提高单桩承载力、缩短工期等技术优势，常常应用到以下范围：（1）高层、超高层建筑REF_Ref26133\r\h[20]。由于高层、超高层建筑要求基础承载力极高、占地面积尽可能小、整体沉降量尽可能低，采取后压浆工艺的钻孔灌注桩能满足设计要求。（2）地下工程。钻孔灌注桩后压浆技术能有效降低沉降量，减少对周围土体扰动。（3）轨道交通方面。轨道交通在我国发展迅速，需要在提高其速度的同时保证不发生沉降和变形，后压浆技术可以发挥作用（4）跨江、跨海大桥REF_Ref23847\r\h[18]。由于桥梁的特殊结构，桥墩的抗拉、抗压能力要求极高，通过钻孔灌注桩的后压浆技术可加固桩周土体，使其能承受的水平荷载和竖直方向上的荷载大大提升。后压浆技术在工程建筑领域应用极广，并且在未来还会有着更开阔的前景。3.4本章小结传统钻孔灌注桩的缺陷存在的缺陷与不足，恰好可以被后压浆技术的优点所弥补。并且通过对后压浆技术的分类与物理、化学机理的讨论，得出了其在工程地质上的使用范围和工程建筑上的应用范围。第4章武汉市某高架匝道基础后压浆技术工程应用4.1工程概况武汉地产开发投资集团有限公司投资兴建的姑嫂树立交上桥匝道工程，拟新增右转上桥匝道工程西起三环线，沿三环线南侧绿化带布置，于新湾五路西侧起坡，上跨现状姑嫂树左转匝道（机场第二通道左转三环线东段），南端与姑嫂树主线高架顺接。本次设计实施范围包含四个部分：三环线局部帮宽，新建上桥匝道，姑嫂树主线高架帮宽以及部分排水管道工程。拟建工程地理位置示意图如下：图4.1拟建工程地理位示意图4.2工程地质条件4.2.1场地工程地质条件地形地貌拟建姑嫂树立交上桥匝道工程场地为现状姑嫂树路和三环线，道路两边建筑物分布密集，交通状况（车流、人流）拥挤，地下管网错综纷杂。场地地势总体上较平坦，局部稍有起伏，地面高程在20.64～25.30m之间。拟建场地地貌形态为长江冲积II级阶地。地层岩性据勘察揭露，本次勘探深度范围内拟建场地地层自上而下主要由4个单元层组成：（1）人工填土层（Qml）及淤泥（Ql）；（2）第四系全新统冲积形成的一般黏性土层、淤泥质软土及砂性土层（Q4al）；（3）第四系上更新统冲积形成的老黏性土和砂性土层（Q3al+pl），局部夹钙化体；（4）白垩—第三系粉砂岩层、砂砾岩层（K-E）。各地层工程地质特征列于下表：表4.1各岩土层分布及主要特征一览表地层编号及岩土名称年代成因层顶埋深(m)层厚(m)颜色状态压缩性地层包含物特征土石等级土石类别（1-1）杂填土Qml0～2.40.4～6.4杂松散-稍密高土质不均，主要由黏性土混大量混凝土块、碎石、碎砖块等建筑垃圾组成。硬杂质含量10%-40%不等，部分地段底部夹含淤泥。场地均有分布。II普通土（1-2）素填土Qml0～2.60.7～4.1黄褐、褐灰松散-软塑高主要由黏性土混少量建筑垃圾、生活垃圾组成，硬杂质含量5%-20%不等，底部多夹含淤泥、塘泥等腐殖物。部分地段分布。I松土（1-3）生活垃圾Ql1.5～51.4～2.6褐灰松散高主要由塑料、生活垃圾等组成，夹含淤泥，具腥臭味。部分地段分布。I松土（1-4）淤泥Ql2～6.20.5～7.6灰黑流塑高含有机质及腐殖质，具腥臭味。土质不甚均匀。部分地段分布。（2-1）粉质黏土Q4al3.6～6.40.6～3.7褐灰、褐黄可塑中偏高土质不甚均匀，含铁锰氧化物。场地局部地段浅部揭露。II普通土（2-2）淤泥质粉质黏土Q4al2.4～2.63.4～6褐灰流塑高土质不甚均匀，含有机质及铁锰氧化物。场地南侧局部地段揭露。I松土（2-3）粉质黏土Q4al3.5～8.40.6～9.5黄褐-褐灰可塑中土质较均匀，含铁锰氧化物。场地局部地段揭露。II普通土（3-1）黏土Q3al+p11.2～8.10.8～9.2褐黄可塑中土质较均匀，含铁锰氧化物、高岭土等。场地大部分地段分布。II普通土（3-2）黏土Q3al+p11.3～16.21.2～25褐黄、褐红硬塑中偏低土质较均匀，含铁锰氧化物、高岭土等。场地均有分布。III硬土（3-3）粉质黏土夹粉土Q3al+p18～22.31.6～10.4褐黄、褐灰可塑中土质较均匀，含铁锰氧化物、高岭土等，层间夹粉土。以透镜体的形式存在于（3-2））层中或其底部。场地均有分布。II普通土（3-4）粉细砂Q3al+p116.1～25.70.5～6.4褐黄、青灰稍密中砂土颗粒级配不均，主要矿物成分为石英、长石，含白云母，粘粒含量较高。局部夹粉土微薄层。场地部分地段分布。I松土（3-5）中粗砂夹砾卵石Q3al+p122.2～33.31.4～8.8褐黄-灰褐中密低砂土颗粒级配不均。主要矿物成分为石英、长石及白云母。不均匀地混夹有石英质硅质圆砾、卵石，磨圆度较好，次棱角状。粒径2～5cm，大者达11cm，含量约10～30%。局部砾卵石富集。场地部分大地段分布。II普通土（3-6）粉细砂Q3al+p127～502.3～22.3深灰中密低砂土颗粒级配不均。主要矿物成分为石英、长石，含白云母，粘粒含量较高。场地大部分地段分布。I松土（3-7）粉细砂夹砾卵石Q3al+p135～56.22.8～19.7深灰密实低砂土颗粒级配不均，主要矿物成分为石英、长石，含白云母。砾、卵石含量5-30%不等，粒径2-10cm不等，局部砾卵石富集。场地大部分地段分布。II普通土（3a）粉质黏土夹粉土Q3al+p119.1～35.21.5～14.1褐灰可塑夹中密中土质不均，含铁锰质氧化物。层间夹薄层粉土、粉砂。大部分地段分布。II普通土（3b）黏土钙化体Q3al+p122.8～40.80.8～16.2灰绿坚硬低土质不均，以粉质黏土、粉土夹团块状粉砂，含石英、铝土矿物成分。岩芯呈胶结较好，呈柱状，强度较高。局部胶结较弱。场地均有分布。III硬土（3c）砂岩钙化体Q3al+p123～41.80.5～12.5灰坚硬/泥质-微晶结构，块状构造，以白云岩为主，少量泥质，钙质胶结。场地南侧分布。Ⅵ坚石（3d）圆砾Q3al+p126～561.1～16.2灰密实低石英质圆砾、卵石为主，磨圆度较好，次棱角状。粒径2～5cm，约占40～60%。骨架间充填细砂，中粗砂、主要矿物成分为石英、长石及云母。场地部分地段分布。II普通土（3e）卵石Q3al+p125.2～572～7.8灰密实低石英质卵石为主，磨圆度较好，次棱角状。粒径2～15cm，约占50～70%。骨架间充填细砂，中粗砂、主要矿物成分为石英、长石及云母。场地部分地段分布。III硬土（4-1）强风化粉砂岩K-E49～66.50.6～6.6褐红、灰绿坚硬低岩石大部分已风化成土状，局部夹有极少量的岩块，干烧可钻进。属于极软岩，岩体基本质量等级为V级。III硬土（4-2）强风化砂砾岩K-E49～67.6最大揭露17红灰坚硬低岩石已风化成砂土夹圆砾、卵石状，具较微弱泥质、钙质胶结。块状构造。属于软岩，局部母岩体块石富集，钻进困难，可钻性1.0～1.5m/h，岩体破碎。基本质量等级为Ⅴ级。场地均有分布。Ⅳ软石（4-3）中风化粉砂岩K-E58.8～72最大揭露7.4褐红、灰绿坚硬岩芯完整，呈长柱状，可钻性2.0～3.0m/h，RQD=99%，泥质砂质结构，块状构造。岩体完整性属于极软岩，岩体基本质量等级为V级。III硬土（4-4）中风化砂砾岩K-E60～71.1最大揭露8褐红～红灰坚硬节理、裂隙发育，岩芯较完整，局部较破碎，呈短柱状，可钻性0.8～1.0m/h，RQD=85%左右，砂、砾状结构，主要为铁、钙质胶结，块状构造。岩体完整性属于软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。V次坚石4.2.2场地水文地质条件（一）地表水拟建工程及临近无湖塘分布，无地表水分布。（二）地下水本场区地下水按赋存条件，可分为上层滞水、孔隙承压水和基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于场地（1）单元层填土层中，水位不连续，无统一的自由水面，主要接受大气降水及地表散水垂直下渗补给，以蒸发和逐步下渗的方式排泄。勘察期间测得上层滞水水位在0.2-4.0m之间变化，其水量一般不大，但不容忽视，在道路路基、管沟开挖过程中及桩基承台开挖过程中应做好防排水及支护工作。孔隙承压水主要分布场地（3）单元层中的粉砂、粉细砂、中粗砂夹砾卵石、粉细砂夹砾卵石及圆砾中。与长江的水力联系密切，互补关系、季节性变化规律明显，含水层顶板为上部黏性土，底板为基岩，其水量较为丰富。勘察期间于K38孔进行了承压水观测工作，孔隙承压水水头在地面以下约10.5m，标高11.5m，据区域水文地质资料，该区域承压水水头标高一般在11.0-3.0m间，年变幅3-5m。基岩裂隙水主要为碎屑岩裂隙水，其赋存于第（4）单元层白垩-下第三系（K-E）粉砂岩、砂砾岩等的构造裂隙及风化裂隙中，水量一般较小，对工程影响不大。（三）场地水和土的腐蚀性勘察期间于K40、K47两孔采取了2组上层滞水，拟建场地环境类型为Ⅱ类，弱透水层（B），结合水质简分析试验结果综合判定拟建场地地下水对钢筋混凝土及混凝土中的钢筋具微腐蚀性。选取场地K26、K42孔所取2组土样进行土壤腐蚀性分析，本场地环境类型为Ⅱ类，地层渗透性（B类），结合土壤腐蚀性试验结果综合判定，场地土壤对钢筋混凝土及混凝土中的钢筋具微腐蚀性。4.3本工程设计要求与应用的参数表4.3本工程基础设计基本参数建筑物名称工程项目的技术条件备注（桥长、跨度等）基础类型基础形状尺寸基础预计埋深单桩载荷(KN)主线帮宽桥桥墩桩基础1.5m、1.3m7500/6000基本跨度约30m,最大约50m匝道桥墩桩基础1.3m6000基本跨度30m，最大跨度35m桥台桩基础1.2m40004.4钻孔灌注桩后压浆施工工艺后压浆施工工艺流程如下图所示：图4.1后压浆施工工艺流程桩端后注浆是灌注桩成桩且具有一定强度后，采用预埋的压浆装置进行注浆。压浆时，水泥型号为P42.5普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为0.4～0.65。配好后，通过湿磨机对浆液进行细化处理，而后方能注浆。桩身对称设置4根注浆导管,2根桩端压浆，2根桩侧压浆，均采用的壁厚不小于3mm、内径不小于25mm钢管机械连接，并且在接头处缠上止水胶带。成桩后的八小时内，使用清水开塞，在桩身混凝土凝固一段时间、具有一定强度后才能开始进行后压浆。注浆压力应大于注浆深度处土层压力，并维持低压慢速，浆液流量不得超出每分钟75L。后压浆的质量控制同时控制注浆量和注浆压力，且以浆液注入量控制为主，泵送终止压力控制为辅。注浆终止条件：注浆总量达到设计要求；或者注浆总量已达到设计值的75%。具体操作步骤如下[30]：（1）压浆导管的制作导管远离桩端的一侧加丝堵，靠近桩端的一侧则旋接压浆阀。（2）压浆阀及压浆软管的安装下放钢筋笼时，将压浆管固定在钢筋笼上，并在最底部的压浆导管上安装压浆阀，要与桩身钢筋底面标高平[30]。（3）压浆施工a、测试、调节完毕压浆装置后，通过三通将注浆管与压浆导管连接。b、根据预估的注浆量，搅拌水泥浆液，及时计量并记录其比重。c、桩端2根压浆管在桩身混凝土浇筑完毕后24小时内用压浆泵注入清水开塞[27]。d、开始注浆时，开塞压力会导致最初的注浆压力偏高，这属于正常现象。及时观察并记录压力表的读数和水泥浆液的注入情况。一旦发生压力偏高、不足或桩侧溢浆等问题，按照规范并根据现场状况采取相应的措施。e、到达注浆量时停止注浆，并记录此时后压浆的各个参数，然后将高压管清洁冲洗后储存[30]。4.5本章小结本工程中钻孔灌注桩基础的桩端持力层为中风化泥岩，桩侧有杂填土、粉质粘土等松散地层。通过后压浆工艺，可使桩周、桩侧土体变得密实、桩端沉渣隐患得到根除、桩身强度得到补强，从而提高了钻孔灌注桩的桩身完整性和承载能力。第5章灌注桩的承载力计算方法5.1引言对于采用后压浆技术的钻孔灌注桩，分析其承载力相比普通的钻孔灌注桩有多大提升，可以指导设计上对采用后压浆工艺的灌注桩桩长、桩径可以有多大程度的缩减，这对预估工期、工程预算上具有重要的意义。本章将从普通灌注桩的承载力入手，首先介绍几种常用的承载力确定方法；然后再整理现有的研究，提出并简单分析几种目前较为常见的后压浆灌注桩承载力的确定方法。5.2普通灌注桩承载力的确定一般认为，普通灌注桩的承载力由两部分组成：桩侧摩阻力和桩端阻力。确定普通灌注桩承载力的常用方法有下述几种。5.2.1静力触探法静力触探法是通过静力触探探头在桩端附近进行触探，通过触探资料计算出灌注桩的桩端极限承载力。计算方法如下：（5.1）对于桩长小于15m的桩，α取0.75；对于桩长大于等于15m小于等于30m的桩，α值按桩长直线内插法取0.75-0.90；对于大于30m的桩，α取0.90。5.2.2经验法经验法是根据试桩承载力试验结果与桩端土层的物理力学进行对比分析，通过大量统计，从而建立起桩端阻力与土层力学参数之间经验关系，再通过这种经验关系估算桩的承载力。（1）普通单桩极限承载力对于桩径不大且非嵌岩桩的单桩，采用以下公式计算其桩端极限承载力。 （5.2）其中，qpk、qsik 二者可根据持力层类型、桩型、桩长查表得到其值，从而得出普通单桩桩端极限承载力。（2）大直径桩桩端极限承载力对于桩径大于800mm的桩，其端阻力存在一定的尺寸效应，故按照规范有以下公式指导计算：（5.3）其中，ψp是指大直径桩端阻尺寸效应系数，由查表得到；qsik 取桩径800mm时的值；ψsi是指大直径桩侧阻尺寸效应系数，由查表得到；qpk取桩径800mm时的值。（3）嵌岩桩的单桩极限承载力对于桩端嵌于相对完整基岩基岩的桩，可以按下式计算：（5.4）5.2.3静载试验法静载试验法是指进行单桩静载试验，并通过埋设的各类测试元件获得桩基有关力学性能的方法。该方法测得的承载力精确可靠，且能得到桩在变形过程中物理-力学参数的变化关系，缺点是耗费较大，因此往往只在试桩中采用。5.3后压浆灌注桩极限承载力的计算方法一般认为，后压浆灌注桩的单桩极限承载力由非增强段总极限侧阻力、增强段总极限侧阻力、总极限端阻力组成。由后压浆技术的作用机理可知，后压浆一方面是对除去沉渣、泥皮以及对土体的固结，加强了桩周土体抗压抗剪强度，提高摩阻力；另一方面是在桩底形成固结体，从而改变了桩端处的形状、桩径，从而加强了桩端承载能力。按照这个原则，目前常用的计算方法有以下几种。5.3.1按照规范的后压浆灌注桩承载力计算方法根据JGJ-2008《建筑桩基技术规范》规定，对于采用了后压浆且符合规范的桩基，其单桩极限承载力标准值可以按下式计算：（5.5）其中，后注浆侧阻力、端阻力增强系数可按下表取值：表5.1后注浆增强系数土层名称淤泥、淤泥质土黏性土、粉土粉砂、细砂中砂粗砂、砾砂砾石、卵石全分化岩、强分化岩βsi1.2-1.31.4-1.81.6-2.01.7-2.12.0-2.52.4-3.01.4-1.8βp2.2-2.52.4-2.82.6-3.03.0-3.53.2-4.02.0-提高系数估算法龚维明、吕志涛利用静载荷试桩结果，提出后注浆灌注桩承载力R的经验估算公式REF_Ref24899\r\h[31]： （5.6）其中，n为后注浆承载力提高系数，Rk为未注浆桩的承载力标准值。该方法的特点是利用经验直接将普通灌注桩的承载力按一定系数放大，计算简单，然而缺点是n的取值太依赖经验，理论上也难以解释，只作为估算。5.3.3摩阻力、端阻力综合计算法黄生根、刘萍把桩端固结体看作是一个短圆柱体，综合考虑了桩底后注浆形成的固结体的摩阻力与端阻力，从而提出了综合估算公式[32]。计算公式如下：(4.7)式中其他符号含义均与前文相同，特别地，Ag为固结体截面积；Ug为固结体周长。该计算方法把桩端后压浆形成的加固体视作圆柱，并综合考虑了加固体对桩侧摩阻力、桩端阻力的影响，从而得出较为精确的后压浆灌注桩承载能力。缺点是桩端固结体形状与地层条件、施工情况等密切相关，难以确定。5.3.4按照桩端固结体为圆球的扩底桩承载力计算公式王华、李镜培等人REF_Ref24631\r\h错误!未找到引用源。提出的改进后的承载力计算方法，是把浆液在桩端形成的固结体视作球形，再对规范中给出的计算公式进行改进后得到，即在后压浆增强段，桩身半径变大，桩端面积增大。由于桩端处为球体，故端阻力承载面积只有球体总表面积的一半。即可得出公式如下：(4.8)其中，K为端阻力修正系数，取0.6～0.8；R为原桩身半径；r为设计浆液的扩散半径，一般粘性土取r=0.1～0.15m，砂性土取r=0.15～0.3mREF_Ref24631\r\h错误!未找到引用源。。5.3.5桥涵地基规范计算方法在《公路桥涵地基与基础设计规范》(7TGD63-2007)中提供了计算后注浆基桩的受压承载力容许值的方法，公式如下：式中：［Ra］为粧端后注浆桩的单桩轴向受压承载力容许值；为第i层土的侧阻力增强系数，为端阻力增强系数。无当地工程经验时可按照表5.2选取。表5.2后注浆侧阻力、端阻力增强系数土层名称粘性土、粉土粉砂细砂中砂粗砂砾砂碎石土βsi1.3-1.41.5-1.61.5-1.71.6-1.81.5-1.81.6-2.01.5-1.6βp1.5-1.81.8-2.01.8-2.12.0-2.32.2-2.42.2-2.42.2-2.55.4本章小结本章整理了多种普通灌注桩和后压浆灌注桩承载力的计算方法，并简要说明了其计算依据和参数确定方法，为下一章计算分析桩端后压浆承载力提升效果提供支持。第6章后压浆灌注桩承载力计算实例6.1武汉地区典型地层划分武汉市总体地层以第四纪为主，按地貌主要可划分为三个阶地。一级阶地：位于汉口、武昌、汉阳沿江一带，属于第四纪全新统，地层主要由粘性土、砂性土和砂卵石层组成。其地层组合表现出典型的二元结构特征，即上部地层为黏性土为主，下部地层为砂土、砾石、卵石为主，在其底部多为基岩REF_Ref25255\r\h错误!未找到引用源。。二级阶地：位于青山区、东西湖区一带，属于第四纪晚更新统，地层主要由黏性土和砂性土组成。其地层组合与一级阶地相似，上部地层以黏性土为主，下部为密实的砂卵石层，底部为基岩或中更新统老土层REF_Ref25255\r\h错误!未找到引用源。。三级阶地：位于一级阶地、二级阶地以外，属于第四纪中更新统，地层一般以密实的老黏土为主，底部有碎石夹黏土层REF_Ref25255\r\h错误!未找到引用源。。6.2桩端持力层为泥岩时后压浆灌注桩的承载力情况首先定义β为后压浆灌注桩的承载力提升幅度，如下：（4.9）这里以西宁某工程中的钻孔灌注桩为例REF_Ref25144\r\h错误!未找到引用源。，计算后压浆对于桩端持力层为泥岩的灌注桩承载力的提升效果。两根试验桩参数为桩径为730mm，桩长25.00m，桩端持力层为中风化泥岩，嵌岩深度为3.0m，桩身混凝土强度为C30；一桩采用桩端后压浆，水泥用量为1.95t，一桩为普通钻孔灌注桩。分别对其进行桩基静载荷实验，通过慢速维持荷载法，测量得出其极限承载力分别为7730kN和4710kN。对比压浆前后该桩的极限承载力，该后压浆灌注桩承载力提升幅度β达到了(7730-4710)/4710=64%。这说明后压浆对于桩端持力层为中风化泥岩的钻孔灌注桩的承载能力仍有显著的提升效果。6.3工程实例分析这里以武汉市某超高层建筑的桩端后压浆钻孔灌注桩为例，分别对其未注浆承载力和桩端注浆后的承载力进行理论计算，分析此工程中桩端后压浆对钻孔灌注桩承载力理论上的提升效果。该工程中，钻孔灌注桩的设计桩长为45m，设计桩径为800mm，持力层为中风化泥岩，其桩端进入岩层3m，其混凝土强度为C50，采用桩端后压浆。该工程中甲方并未提供正式的地勘资料，其各岩土层分布见前表。根据工程实际情况，桩侧地层近似简化为①软塑粉质黏土29m、②中密粉细砂3m、③软塑粉质黏土5m、④密实砾砂夹卵石2m,⑤强风化泥岩3m、⑥中风化泥岩3m，桩端为⑥中风化泥岩。6.3.1普通钻孔灌注桩的极限承载力由于缺少详细的地层信息，故按保守方法计算，查表按照经验取桩侧各土层的极限侧阻力标准值如下：表6.1普通钻孔灌注桩各土层极限侧阻力厚度li/m极限侧阻力标准值qukuqsikli/kN①粉质黏土29402913.92②粉细砂355414.48③粉质黏土540502.4④砾砂夹卵石2120602.88⑤强风化泥岩31501130.4查表可知，中风化泥岩的天然单轴抗压强度标准值frk=7.5MPa。取桩端为中风化泥岩，嵌岩深度3m，则嵌岩深径比ht/d=3/0.8=3.75。由于中风化泥岩属于软岩，故取嵌岩段侧阻和端阻综合系数ξr=1.43。按照前文所述公式，计算过程如下：故普通灌注桩的极限承载力为10947.08kN6.3.2桩端后压浆灌注桩的极限承载力综合考虑多种计算方法，这里依据桩端固结体为球体的扩底桩承载力计算公式进行计算。由于桩端为中风化泥岩，根据中风化泥岩的渗透系数，确定其设计浆液的扩散半径r取值为0.1m，从而后压浆增强段桩的半径（R+r）为0.5m。首先计算后压浆之后桩侧极限阻力标准值。由于采用桩端后压浆，按照该算法，则竖向增强段为桩端以上9m，则后压浆后地层分布有：①软塑粉质黏土32m、②中密粉细砂3m、③1软塑粉质黏土5m、④密实砾砂夹卵石增强段2m,⑤强风化泥岩增强段3m，⑥中风化泥岩增强段3m，极限侧阻力情况如下：表6.2后压浆灌注桩各土层极限侧阻力厚度li/m增强系数βsiquk/kpa对应土层极限侧阻力/kN①粉质黏土29402913.92②粉细砂355414.48③粉质黏土555502.4④砾砂夹卵石增强段22.41201808.64⑤强风化泥岩增强段31.41501978.2⑥中风化泥岩增强段31.11501554.3从而，后压浆之后桩侧的总极限侧阻力标准值为9171.94kN。对于桩端后压浆后的桩端承载力，按照前文提及的公式，由于桩端为中风化泥岩，这里取端阻力修正系数为0.6，后注浆端阻力增强系数βp为1.2，故按照固结体为球体计算其后压浆之后的极限端阻力标准值为：即极限端阻力标准值为8478kN。从而，桩端后压浆的灌注桩极限承载力为17649.94kN。6.3.3桩端后压浆的提升效果承载力对比分析，在该工程实例中，桩端后压浆总承载力的提升幅度达到了（17649.94-10947.08）/10947.08=61.23%；极限桩侧阻力的提升幅度为（9171.94-5564.08）/5564.08=64.8%；极限端阻力的提升幅度为（8478-5383）/5383=57.5%。这与前文中提到的桩端持力层为中风化泥岩的钻孔灌注桩的提升效果64%相近，说明以桩底固结体为圆球的桩端后压浆承载力计算方法是合理的。同时，可以看到，桩侧极限阻力的提升幅度有64.8%，超过了极限端阻力的提升幅度57.5%，且二值相差不大。这说明在这一工程案例中，桩端后压浆对桩侧阻力、桩端阻力的影响都十分显著，且对桩侧阻力的提升效果要高于对桩端阻力的提升效果。分析其原因，是桩端持力层作为中风化泥岩，本身已经具有较高的桩端承载力，后压浆对桩端的作用主要是扩大桩端半径、改变桩端受力形状，而对桩周土体的强化作用有限；同时桩侧极限阻力提升幅度较大，这是由于后压浆技术对桩周土体的固结作用，大幅提高了桩侧摩阻力。6.4本工程后压浆承载力理论计算比较应本工程为城市高架匝道建设工程，故采用《公路桥涵地基与基础设计规范》中相关公式进行计算：KC39的地层信息如下表：以勘查提供的孔KC39为例计算理论承载力。未采用后压浆时：钻孔灌注桩选择以强风化砂砾岩作为桩端持力层时，按摩擦桩进行计算。其中qr取1000KPa。表6.3孔KC39地层信息一览表岩土名称厚度mQikQik×li淤泥1.820361粉质黏土0.650301黏土12551101粉质黏土夹粉土12607201粉细砂6.634224.41卵石4.61506901黏土钙化体9.2857821粉细砂夹砾卵石4.766310.21圆砾4.1125512.51强风化粉砂岩5.31206361.5强风化砂砾岩1.8150270Βp=1.6所以单桩承载力容许值为=11306.59KN当采用后压浆工艺时，查表βp取1.6承载力容许值为=13115.23KN理论承载力提高16%。当钻孔灌注桩选择以中风化砂砾岩作为桩端持力层时，按端承桩进行计算。y以勘查提供的KC20为例，其地层信息如下:表6.4孔KC20地层信息一览表地层名称厚度li×qikβsi淤泥1.1020221黏土10.5055577.51粉质黏土夹粉土16.806010081黏土钙化体13.608511561中粗砂夹砾卵石2.2058127.61强风化砂砾岩13.3015019951.6中风化粉砂岩2.40701681.5强风化砂砾岩1.601502401.6中风化砂砾岩1.20βp=2.2利用下列公式进行计算=18137.2209KN采用桩端后压浆工艺时，承载力容许值为=18317.4255在采用中风化砂砾岩作为桩端持力层时承载力提升不高。6.5本章小结本章首先对工程所处的武汉市地区地层进行划分，说明该区域的地层分布情况；再从对已知的试验结果进行计算，得出桩端持力层为中风化泥岩的后压浆灌注桩承载力提升效果；最后结合工程实例进行理论计算，并对其计算结果进行了分析。结论7.1结论本文通过对后压浆技术在工程上的应用实践得出以下结论（1）钻孔灌注桩本身缺陷与后压浆技术的优点传统的钻孔灌注桩技术已经相当成熟，是桩基工程中普遍应用。然而由于成孔工艺与施工技术条件的限制，钻孔泥皮、孔底沉渣等问题不可避免地对单桩承载力造成影响，使得建设成本居高不下。通过后压浆技术，改善灌注桩的边界条件以便其提高承载力，从而对桩的设计提供指导，优化设计方案，节约工程建设成本。（2）后压浆对钻孔灌注桩承载力提高的机理通过高压注射水泥浆，使其在凝固后改善桩身土层摩擦阻力、形成桩端固结体两个方面提高了钻孔灌注桩的承载力。其物理作用机理有冲击沉渣、渗透固结、充填压密、胶结泥皮、加筋作用、补强作用；化学作用机理分为两方面，一是使得土体颗粒不断变大、减少土体水分从而提高粘聚力，二是土体颗粒与浆液结合，改善受力性能。物理作用与化学作用共同发挥了作用，从而提高了钻孔灌注桩的承载能力。（3）后压浆技术的适用范围广在工程地质上，后压浆技术适用于各类地层。对于松散土层、砂石地层、全风化、强风化地层，后压浆技术能有效地加强土体，改善其承载性能；通过对本工程桩基后压浆承载力理论计算发现对于中风化岩层，后压浆技术虽然对桩端土体的补强作用不大。工程建筑上，后压浆技术适用于高层、超高层建筑、地下工程、轨道交通、桥梁等方面。（4）桩端后压浆的钻孔灌注桩承载力计算方法以桩端固结体为球体的钻孔灌注桩承载力计算方法，对于桩端处于中风化岩的钻孔灌注桩依然适用。通过对本工程压浆理论计算，对桩基设计提供参考，在持力层选择、桩长、桩径的设计时方案更加合理。7.2展望后压浆技术作为一种工程实用技术，注浆效果由于地质条件、注浆参数、施工工艺的不同而差别较大，无法对不同压浆工艺对地层的改善效果进行比较研究，同时对注浆效果的研究多是在单桩承载力方面。对密集后压浆的灌注桩之间的相互影响研究较少以及后压浆对桩多少范围内的土层具有改善作用也是少有研究。希望能够对其进行研究，提高后压浆技术的精确施工。致谢一晃四年，大学时光已到末尾。从西北乡村到武汉地大，求学之路可谓是路途遥远，这条路始于求知。然而四年大学求学之路将画上句号，心里多是不舍。似昨日初进学校。感谢学校和老师四年照顾和关心，让我在这里学习，感受到大学的多姿多彩。感受到知识的浩瀚。本论文在导师郑君老师的悉心指导下完成的。从实习、论文的选题、修改到论文的最后完成，都离不开老师的帮助。在这里跟老师说声谢谢。参考文献胡胜华,张所邦,韩朝,等.灌注桩后压浆技术的工程实践[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2014(12):71-74.DB42/242－2003，建筑地基基础技术规范［S］．王秀哲,龚维明,薛国亚等.桩端后注浆技术的研究现状及发展[J].施工技术,2004,(5):28-31.DOI:10.3969/j.issn.1002-8498.2004.05.009.Bruek,D.A.EnchancingtheperformanceofLargeDiameterPilesbyGrouting[J].GroundEngineering，1986(5).Bolognesi，A.J.L.&Moretto，O.Stagegroutingperloadingoflargepilesonsand[C