注浆对桩侧土的影响机理

注浆对桩侧土层的作用机理可总结为以下几个方面。

2．2．1　渗透固结作用

在渗透性强、可灌性好的砂土和碎石土中，浆液在较小的压力下渗入桩侧土体中一定距离，形成一个结构性强、强度高的结石体，增大桩侧的摩阻力，从而可提高桩的承载力。

2．2．2　挤密充填作用

由于桩土间存在一个软弱层（泥皮层），其强度与桩周土相比要低，故浆液在压力作用下对桩侧土进行挤压，使桩径在扩大的同时，总有沿着软弱面向上运动的趋势。软弱面有两个，即桩－泥皮接触面和泥皮－桩周土接触面。浆液在压力作用下首先克服任一软弱面的阻力，像楔子一样沿桩身向上运动，并对泥皮层和桩侧土体进行挤密，甚至破坏泥皮结构。浆液充填于挤密后产生的空隙，固结后形成强度高的水泥结石，相当于增大了桩的直径。浆液上升的高度与软弱层的厚度、强度、土的可灌性、注浆压力、流量等因素有关。在可灌性好的土层中，浆液在土层中容易扩散，浆液压力较小，则沿桩土界面上升的高度较小；在可灌性差的土层中，浆液在土层中不易扩散，浆液压力较大，上升高度也大；软弱层的厚度越大，浆液流动受到的阻力越小，上升高度相应也大。

土体受到压力作用后，孔隙水压力增大，注浆完成后，随着孔隙水压力的消散，桩周土体因压密而强度提高。泥皮在浆液的强烈挤压甚至破坏作用下，产生强制固结，强度大幅提高，形成一个薄硬层，由于软弱面有两个，薄硬层既可能存在于外侧，也可能存在于内侧，形成一个夹层，见图2－4和图2－5。

图2－4　薄硬层（在外侧）

图2－5　薄硬层（在内侧）

图2－6至图2－9分别为现场试桩后不同深度的桩截面变化情况。离地面12m处（离注浆点9．5m）桩的半径普遍增大约5cm，少部分达10cm；离地面9m处（离注浆点12．5m）桩的半径普遍增大2～3cm；离地面6m处（离注浆点15．5m）桩的半径增大约0．5cm。

图2－6　　地面下－12m桩截面图（一）

图2－7　地面下－12m桩截面图（二）

图2－8　地面下－9m桩截面图

图2－9　　地面下－6m桩截面图

Thompson所介绍的8根试验桩中，1～4号桩采用全套管钻进工艺，5～6号桩未用套管，采用膨润土泥浆钻进工艺。载荷试验后，进行了开挖测量，结果见表2－2。对于采用相同钻进工艺的1～4号桩，桩端注浆后（1号桩），桩径比未注浆桩增大1．7%；桩端桩侧注浆后（3号桩和4号桩），桩径比未注浆桩增大2．3%～2．6%；6号桩在桩端桩侧注浆后，桩径比未注浆桩增大4．1%。

表2－2　桩径测量结果

2．2．3　劈裂加筋作用

当注浆压力较高，浆液在对土体产生挤压的同时，还会克服土体阻力，产生劈裂效应，浆液在土中形成网状结石，对土体起到加筋作用。图2－10为某试桩桩侧注浆的桩土界面形状，从中可观察到由劈裂产生的浆脉，但数量不多，且很零散。

图2－10　劈裂产生的浆脉图

注浆对桩侧土层的作用机理是一个很复杂的问题，是多种因素混合作用的结果。在不同的条件下，起主导作用的因素具有不同的形式。在渗透性强的土层中，一般为中砂以上，在灌浆速率较小的情况下，以渗透扩散为主，作用机理主要表现为桩作用面积的增大。在其他土层中，以挤密充填作用或挤密充填作用与渗透作用的共同作用，或挤密充填作用与劈裂作用的共同作用为主。作用机理主要表现为桩周土抗剪强度的提高和法向应力的增大。