桩端注浆对超长灌注桩承载性能的影响分析

桩端注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。有关的研究认为，桩端注浆主要增加了桩端的承载面积，因此得出超长桩进行桩端后注浆不适宜的结论。若单考虑桩端注浆对桩端的影响，不考虑对桩侧的影响，根据上述有限元分析结果，对超长桩进行注浆的效果确实很有限。但根据第二章的注浆机理分析，桩端注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，这一点与实测结果及有限元的反分析结果是一致的。

4．6．1　桩端注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。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，而注浆量又小时，注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。当沉渣较少或注浆量较大时，注浆的作用不光消除沉渣的影响，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3－11和表3－13，苏通一、二期试桩注浆后端阻力是注浆前的2．46～7．21倍，而为计算值的0．98～3．56倍，说明有相当一部分浆液用于处理沉渣。其中N3桩注浆后，桩的测试仅为计算值的0．98倍，其主要原因为：①注浆量相对较少；②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。而其他的试桩在注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。

根据苏通大桥的测试结果，在桩径相同和注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，注浆前端阻力分别为4624kPa和1913kPa，SZ3是SZ4的2．42倍；而注浆后，端阻力分别为6700kPa和6803kPa，SZ3是SZ4的0．98倍。三期试桩的3根桩，其桩端分别为粉砂、细砂和中砂，注浆前端阻力分别为1913kPa、3026kPa和4225kPa，最大值是最小值的2．21倍；注浆后，端阻力分别为7401kPa、6743kPa和7862kPa，最大值仅为最小值的1．17倍。二期试桩与三期试桩相比，桩径相同，注浆量相近，注浆后端阻力相近，平均值的差别仅为8%。

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。在注浆前，试桩端阻力所占比例为6．96%～14．23%；而注浆后，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4－79为二期试桩的桩顶荷载－端阻比例关系曲线。经过注浆，桩端阻力和桩侧阻力同时增长，但总侧阻力提高幅度为12．39%～52．87%，端阻力提高幅度为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。

图4－79　二期试桩桩顶荷载－端阻力比例关系曲线

对黄河二桥试桩，桩端阻力的发挥表现出不同的特性。由图4－80可以看出以下特点：①注浆前，桩端阻力所占比例先随桩顶荷载的增大而增大，达到一定比例后，随桩顶荷载的增大而缓慢减小；②注浆后，桩端阻力所占比例一直随桩顶荷载的增大而增大，但最终趋于平缓；③大部分情况下，注浆前的比例高于注浆后的比例。Z3桩注浆前的端阻比例一直高于注浆后的比例；Z2桩注浆前的端阻比例只是到后期才小于注浆后的比例。

出现上述特点的原因主要为：①桩端硬塑状亚黏土受扰动及水浸泡后结构性减弱，发挥端阻力所需位移减小；桩的长径比较小，L／D＝28．2，桩身压缩量小，端阻力极限值的发挥早于侧阻力，使桩端阻力所占比例先增大后减小；②注浆提高了桩端土层的强度，且发挥强度所需位移增大，但桩端土层的加固效果不如桩侧土层的加固效果，从而出现注浆后端阻力所占比例减小的现象。

图4－80　黄河二桥试桩桩顶荷载－端阻力比例关系曲线

4．6．2　桩端注浆对超长桩桩侧阻力的影响分析

苏通大桥注浆前，侧阻力占总极限荷载的85．77%～93．04%，注浆后侧阻力比例有所下降，为65．33%～77．86%，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4－7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4－7　侧阻力增量对承载力的影响

注浆后，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的变化，导致侧阻力提高。图4－81为苏通大桥一期S2桩注浆前后桩周土标贯值变化图，在做标贯试验的12m范围内，标贯值最大提高幅度为67%，最小提高幅度为18%。苏通二期SZ2、SZ3桩的CT扫描结果也显示桩周土在一定范围内得到加固。根据有限元反分析计算结果，二期试桩桩周土在整个桩长范围内变形模量提高幅度为33%～67%，平均侧阻力提高30%～40%。

图4－81　S2桩注浆前后桩周土标贯值变化图

黄河二桥试桩注浆后侧阻力占最大桩顶荷载比例为74%～86%。Z2、Z3桩的侧阻力增量占总增量比例分别为93%和90%。6根试桩的荷载增量皆主要来自侧阻力的提高，而与采用的注浆工艺无关，说明浆液主要顺着桩身向上流动，在流动过程中对桩周土产生第二章介绍的各种作用。