用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法与流程

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法。

背景技术：

随着经济发展和城市化步伐的加快，在用地愈发紧张的上海软土地区超高层建筑和大跨度桥梁建设中桩基础所承担荷载越来越大，沉降控制越来越严格，桩端后注浆超长桩的应用日益广泛。

上海地区后注浆灌注桩多选用第⑦2、⑨层作为桩基持力层，采用桩端后注浆工艺可以大幅度提高单桩承载力，但造成超长桩的荷载传递机理发生显著变化，再叠加地质条件、注浆器效果、注浆施工管理、注浆量、注浆压力等因素影响，桩端后注浆超长桩的极限承载力离散性大且难以准确预估。对桩端后注浆超长桩的承载力估算方法，仍需要积累大量实测资料并开展深化分析。

技术实现要素：

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法，该估算方法通过利用超长桩的端阻力综合调整系数、超长桩的非直接加固段极限侧摩阻力调整系数以及超长桩的直接加固段极限侧摩阻力增强系数，实现对桩端后注浆超长桩单桩竖向极限承载力的估算。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法，其特征在于所述桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法利用以下估算公式进行估算：

式中，up为所述超长桩的周长；

f′si＝ψ1ifsi，f′si为所述超长桩的非直接加固段在注浆调整后的各土层极限侧摩阻力，ψ1i为所述超长桩在注浆后无返浆的非直接加固段各土层的极限侧摩阻力调整系数，fsi为所述超长桩的非直接加固段在注浆前各土层的极限侧摩阻力；

li为所述超长桩的非直接加固段内各土层的厚度；

f′gsi＝ψ2ifgsi，f′gsi为所述超长桩的直接加固段在注浆调整后的各土层极限侧摩阻力，ψ2i为所述超长桩在注浆后有返浆的直接加固段各土层的极限侧摩阻力增强系数，fgsi为所述超长桩的直接加固段在注浆前各土层的极限侧摩阻力；

lgi为所述超长桩的直接加固段内各土层的厚度；

为所述超长桩的端阻力综合调整系数；

fp为所述超长桩在注浆前的端阻力；

ap为所述超长桩的桩身横截面积。

所述超长桩是指针对软土地区工程桩长度不低于50m且长径比不低于60的建筑桩基，或是指针对软土地区工程桩长度不低于50m的桥梁、港口桩基。

所述超长桩的非直接加固段为桩顶以下l/3～2/5l，所述超长桩的直接加固段为桩端以上3/5l～2/3l，其中l为所述超长桩的长度。

所述fsi、fgsi、fp的值采用静力触探比贯入阻力估算值。

所述超长桩所设置区域内各土层自上而下分布如下：①杂填土、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④淤泥质粘土、⑤1a粘土、⑤1b粉质粘土、⑥粉质粘土、⑦1砂质粉土夹粉砂、⑦2粉砂、⑦3粉砂、⑨1砂质粉土、⑨2-1粉砂。

所述ψ1i为所述超长桩在注浆后无返浆的非直接加固段各土层的极限侧摩阻力调整系数；所述土层为浅层粘性土时，ψ1i为1.3～1.6；所述土层为淤泥质土时，ψ1i为1.3～1.8；所述土层为粉质粘土时，ψ1i为1.0～1.5；所述土层为粉质粘土夹粉砂时，ψ1i为0.8～1.2；所述土层为粉砂、细砂时，ψ1i为1.0～1.2。

所述ψ2i为所述超长桩在注浆后有返浆的直接加固段各土层的极限侧摩阻力增强系数；所述土层为粉质粘土时，ψ2i为1.5～1.8；所述土层为粉质粘土夹粉砂时，ψ2i为1.8～2.8；所述土层为粉砂、细砂时，ψ2i为2.0～3.0；所述土层为中砂、粗砂时，ψ2i为2.6～3.6。

当所述超长桩的桩端位于所述⑦2粉砂土层时，所述超长桩的端阻力综合调整系数为0.5～2.0；当所述超长桩的桩端位于所述⑨1砂质粉土或所述⑨2-1粉砂土层时，所述超长桩的端阻力综合调整系数为0.5～1.2。

本发明的优点是，本估算方法可用于预测桩端后注浆超长桩的极限承载力估算，估算方法简单，估算结果精确，对超长桩的优化设计和工程实践有一定的指导意义。

附图说明

图1为本发明中超长桩桩顶临近地表的工况示意图；

图2为本发明中超长桩桩顶设置在⑥粉质粘土土层中的示意图；

图3为本发明实施例2中超长桩桩端后注浆前、后侧摩阻力对比示意图；

图4为本发明实施例3中超长桩桩端后注浆前、后侧摩阻力对比示意图；

图5为本发明实施例4中超长桩桩端后注浆前、后侧摩阻力对比示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-3分别为：超长桩1、非直接加固段2、直接加固段3。

【实施例1】如图1、2所示，本实施例具体涉及一种用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法，此处的超长桩1主要针对软土地区工程桩长不低于50m且长径比不低于60的建筑桩基，或工程桩长不低于50m(长径比可不考虑)的桥梁、港口桩基；所述的软土地区中各土层自上而下的分布情况为：①杂填土、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④淤泥质粘土、⑤1a粘土、⑤1b粉质粘土、⑥粉质粘土、⑦1砂质粉土夹粉砂、⑦2粉砂、⑦3粉砂、⑨1砂质粉土、⑨2-1粉砂。该估算方法具体包括如下步骤：

(1)首先收集影响超长桩1承载力的关键因素，所述的关键因素包括桩侧与桩端土性、桩侧有返浆的直接加固段3、桩侧无返浆的非直接加固段2、桩周各土层与持力层取值、试桩达到极限承载力时端阻力的发挥程度、后注浆工艺参数以及桩径。

(2)根据提出的桩端后注浆超长桩1的极限承载力估算公式进行计算：

式中，

up为超长桩1的周长；

f′si＝ψ1ifsi，f′si为超长桩1的非直接加固段2在注浆调整后的各土层极限侧摩阻力，ψ1i为超长桩1在注浆后无返浆的非直接加固段2各土层的极限侧摩阻力调整系数，fsi为超长桩1的非直接加固段2在注浆前各土层的极限侧摩阻力；

li为超长桩1的非直接加固段2内各土层的厚度；

f′gsi＝ψ2ifgsi，f′gsi为超长桩1的直接加固段3在注浆调整后的各土层极限侧摩阻力，ψ2i为超长桩1在注浆后有返浆的直接加固段3各土层的极限侧摩阻力增强系数，fgsi为超长桩的直接加固段3在注浆前各土层的极限侧摩阻力；

lgi为超长桩1的直接加固段3内各土层的厚度；

为超长桩1的端阻力综合调整系数；

fp为超长桩1在注浆前的端阻力；

ap为超长桩1的桩身横截面积。

需要说明的是，其中fsi、fgsi、fp推荐用静力触探成果估算值。

【实施例2】在实施例1的基础上，本实施例结合具体的工程案例(上海虹桥某项目的s22超长桩)对用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法进行具体说明：

如图1所示，上海虹桥某项目的超长桩1的总长度为70m，有效桩长自地面起算，有效长度l＝70m，桩径d＝0.85m，桩端持力层为第⑨层粉细砂夹中粗砂，桩端后注浆前后的承载力对比如图3以及下表1所示。

表1：实施例2中超长桩桩端后注浆前后桩端阻力对比

从图3以及表1可知：

(1)无浆液上返的非直接加固段2：范围为埋深在21.7m以上的⑤1b粉质粘土及以上土层，长度约为l/3，以淤泥质粘土和粉质粘土为主，在注浆后侧摩阻力提高幅度很小甚至出现一定程度降低，表明该桩端范围土层几乎没受到浆液加固作用影响，该段可视为侧摩阻力调整段。

(2)有浆液上返的直接加固段3：范围为埋深在21.7m以下的第⑤1b粉质粘土及以下的土层，以粉质粘土和砂性土为主，长度约2/3l，各土层桩侧摩阻力提高幅度大于50％。该桩段可视为浆液上返直接加固段，浆液可上返达到桩顶下l/3位置。

(3)侧摩阻力峰值与勘察报告推荐值之比：在调整段为1.5～2.1，其中粉质粘土内为1.5～1.6，淤泥质土内为1.7～2.1；在加固段为1.4～2.7，其中，粘性土中1.4～2.7，粉细砂1.6～2.5，粉细砂夹中粗砂为1.7。

(4)端阻力综合调整系数根据注浆后端阻力发挥值与勘查报告推荐值fp对比，端阻力综合调整系数可取0.9。

【实施例3】在实施例1的基础上，本实施例结合具体的工程案例(上海虹桥某项目的c1882超长桩)对用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法进行具体说明：

上海虹桥某项目的c1882超长桩的桩长50m，有效桩长自地面起算，有效长度l＝50m，桩径d＝0.85m，桩端持力层为⑦2粉砂土层，桩端后注浆前后的承载力对比如图4以及下表2所示。

表2：实施例3中超长桩桩端后注浆前后桩端阻力对比

从图4以及表2可知：

(1)无浆液上返的非直接加固段2：范围为埋深在22m以上的⑤1b粉质粘土及以上土层，以淤泥质粘土和粉质粘土为主，长度约为2/5l，在注浆后侧摩阻力提高幅度很小甚至出现一定程度降低，表明该桩端范围土层几乎没受到浆液加固作用影响，该段可视为侧摩阻力调整段。

(2)有浆液上返的直接加固段3：范围为埋深在22m以下的⑤1b粉质粘土及以下的土层，长度约3/5l，以粉质粘土和砂性土为主，该桩段可视为浆液上返加固段。

(3)侧摩阻力峰值与勘察报告推荐值之比：在调整段为1.7～3.1，其中粉质粘土内为1.7～3.1，淤泥质土内为2.0～2.5；在加固段为1.7～3.9，其中，粘性土中1.7～2.2，粉细砂和砂质粉土中为2.5～3.9。

(4)端阻力综合调整系数根据后注浆前后端阻力发挥值与勘查报告推荐值fp之比，端阻力综合调整系数取1.7。

【实施例4】在实施例1的基础上，本实施例结合具体的工程案例(上海某中心项目的syzc01超长桩)对用于桩端后注浆超长桩的极限承载力估算方法进行具体说明：

如图2所示，上海某中心项目的syzc01超长桩总长度为85.4m，桩径d＝1.0m，有效桩长自地面下方的一定深度起算，扣除桩身自由段24.4m后有效长度l＝61m，桩端持力层为⑨2-1粉砂土层，桩端后注浆前后的承载力对比如图5以及下表3所示。

表3：实施例4中超长桩桩端后注浆前后桩端阻力对比

从图5及表3可知：

(1)无浆液上返的非直接加固段2：范围为有效桩长段起点以下的第⑥层粉质粘土及第⑦1砂质粉土夹粉砂土层(埋深24.4m～38.9m)，长度约为l/4，在注浆后侧摩阻力提高幅度较小，且受到采用双套管工艺及桩孔过大的影响，这两层土内出现明显的应力松弛，侧摩阻力峰值明显小于勘察报告推荐值。可视该段为侧摩阻力调整段。另外注意到第⑦2粉砂土层浅部在注浆后侧摩阻力与勘察报告推荐值之比为1.3，说明在该层浅部受浆液加固作用也较小。因此，可综合判断调整段的长度大体为l/3。

(2)有浆液上返直接加固段3：第⑦2层粉砂中部及以下的土层，以砂性土和粉土为主，长度约2/3l，各土层桩侧摩阻力大幅度提高。

(3)侧摩阻力峰值与勘察报告推荐值之比：在调整段为0.4～1.3，其中粉质粘土内为0.4，砂性土内为0.8～1.3；在直接加固段为3.3～4.2，主要为粉砂和砂质粉土。

(4)端阻力综合调整系数根据端阻力发挥值与fp的对比，端阻力综合调整系数可取1.0。

综合处理分析实施例2、3、4中的数据以及其它工程案例的数据，可以获得如下结论：

(1)如图1、2所示，实施例1中超长桩1的直接加固段与非直接加固段的长度与注浆量、注浆压力、地质条件相关，综合而言，非直接加固段2的长度大体上分别是桩顶以下l/3～2/5l，直接加固段3的长度则大体上分别是桩端以上3/5l～2/3l。

(2)实施例1中估算公式内超长桩1的非直接加固段2各土层的极限侧摩阻力调整系数ψ1i、直接加固段3各土层的极限侧摩阻力增强系数ψ2i、端阻力综合调整系数的建议取值如下表所示：

表4：不同土层侧摩阻力和端阻力估算经验参数建议取值

(3)按照实施例1中所提出的估算方法，我们对实施例2、3、4中三个项目的超长桩进行了极限承载力的估算，其中各土层的调整系数采用的是表4中各参数范围的下限值，具体参见下表5：

表5：桩端后注浆超长桩极限承载力估算成果表

根据表5中的计算结果表明，利用实施例1中的极限承载力估算方法所获得的极限承载力估算值与静载荷试验实测极限承载力较为接近，估算方法精确可行，可大规模推广应用。