京沪高速铁路桩端注浆群桩基础沉降计算研究

邹力，等：京沪高速铁路桩端注浆群桩基础沉降计算研究　・５ｌ・　京沪高速铁路桩端注浆群桩基础沉降计算研究　邹　力　，吴兴序　，彭声应　（１．西南交通大学土木工程学院，成都　６１００３１；２．京沪高速铁路股份有限公司，北京１０００３８）　摘要：大型工程建筑对基础沉降量控制的要求非常高，进行桩端注浆是减小群桩基础沉降量的　有效方法，并在国内外得到了广泛应用。文中结合现场试验，提出了利用注浆后单桩静载试验结果反　求土的参数，而后运用剪切变形传递法计算注浆后群桩基础的沉降量这一方法，结合现行规范进行了　验证。　关键词：桩端注浆；群桩基础；沉降计算　中图分类号：ＴＵ４３３　０引言　文献标志码：Ａ　文章编号：１００３—８８２５（２０１０）０２—００５１—０３　１　注浆后桩周土与桩端土计算参数的确定　桩端压力注浆是指钻孔桩、冲孔桩或挖孔桩在成　桩后，通过预埋在桩身的注浆管利用压力作用，将能　固化的浆液经桩端的预留压力注浆装置均匀地注入桩　端地层。视浆液性状、土层特性和注浆参数等不同条　件，压力浆液对桩端土层、中风化与强风化基岩、桩　端虚土及桩端附近的桩周土层起到渗透、填充、置　换、劈裂、压密及固结等形式组合的不同作用，改变　其物理力学性能及桩与岩土之间的边界条件，消除虚　土隐患，从而提高桩的承载力以及减少桩基的沉　降量　。　运用弹性理论解来预估桩基础沉降要求提供土的　弹性参数，即土的弹性模量Ｅ　和泊松比　，　。由于　注浆作用，桩基的承载力与沉降性能得到一定程度的　提高，这主要是桩周与桩端土体在注浆作用下物理力　学参数发生了改变，但岩土材料本身的特殊性与复杂　性，导致浆液在土中的流动不具有明显的规律性，即　很难确定浆液到达了什么位置，以及改变了桩周与桩　端多大范围内的土质。　严格地讲，注浆后就桩周土与桩端土而言并不存　在所谓的“均质土”与“成层土”，因在桩周桩端一　目前，利用后注浆技术来减小群桩基础的沉降量　这一工程措施已得到了广泛应用，但关于压力注浆后　群桩基础沉降计算方法的研究，国内外文献鲜有涉　及。本文针对桩端压力注浆后群桩基础的沉降量计算　方法进行研究。　定范围内浆液通过渗透、填充、置换、劈裂、压密及　固结等作用改变部分土体，与此同时有部分土体浆液　可能根本没有对其产生任何作用。这种土（或浆土混　合物）的极其不均匀，就成为注浆后桩周土与桩端土　计算参数确定的难题。　迄今为止，静载试验仍被认为是最直接、最权威　的检测方法，也是评判其它检测方法和理论研究结果　收稿日期：２００９一ｌ１—２０　基金项目：铁道部科技研究开发计划重大课题（２００８Ｇ０３２—３）　作者简介：邹力（１９８２一），男，四川成都人。博士研究生，从　事岩土工程研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｏｕｌｉ・ｓｗｊｔｕ＠１２６．ｃｏｒｎ。　的试金石　。根据工程现场试验研究，建议对单桩压　浆，进行静载试验，反求土的变形模量Ｅ　和泊松比　即将压浆后的桩周与桩端土层假设为被浆液“均　，Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｉｓｋ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｉｎ　Ｔｏｎｇｌｕｏｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｑｉ—ｂｉｎ，ＬＩＵ　Ｄａｎ，ＬＩＵ　Ｊｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３　１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｍａｎｙ　ｒｉｓｋｓ　ｉｎ　ｋａｒｓｔ　ａｒｅａｓ．Ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｏｎｇｌｕｏｓｈａｎ　Ｔｕｎｎｅｌ，　ｒｉｓｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒｉｓｋ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｒｉｓｋ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ｒｉｓｋ　ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｉｓｋ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ；ｒｉｓｋ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　路基工程　・５２・　Ｓｕｂｇｒａｄｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１０年第２期（总第１４９期）　匀地”改变了变形模量与泊松比的“均质土”，具体　方法如下。　灰、褐灰、灰黑色，中密，饱和。③２层（１１～１２　ｍ）为粉砂，灰色为主，中密为主，潮湿一饱和，中　低压缩性。④１层（１２～２２　ｍ）为粉质黏土，灰、灰　绿色，软塑，中压缩性。④２层（２２～２９　ｍ）为黏　（１）选取需开展群桩压力注浆的承台周围某根单　桩进行压力注浆，静置至少１４天后进行静载试验。　该单桩可以是相邻承台的工程桩，也可以是与工程桩　土，褐黄、黄褐、灰黄间夹灰、灰白色，硬塑。④３　层（２９～３４　ｍ）为粉质黏土，灰色为主，间夹黄灰　长度相同的试验桩，应尽量保持单桩与群桩桩长相同　或相近，桩周桩端地质条件相似，单桩与群桩中每根　色，软塑，中压缩性。⑤１层（３４—３５　ｍ）为粉土，　桩的注浆量相等或相近。　（２）由文献［２］，均质土中单桩桩顶沉降为　式中Ｐ为作用在桩顶的荷载；　为土的弹性模量；　为桩的长度；Ｉｐ为沉降影响系数，由相关图表　查取。　桩的刚度系数　Ｋ＝　Ｅｐ　（２）　式中Ｅ　为桩的弹性模量；Ｅ　为土的弹性模量，　为桩截面积同桩外周边包围的面积之比值，对实心桩　取１。　根据静载试验测得的．ｓ与Ｐ，以及已知的单桩的　几何尺寸与材料，如给出了泊松比１１　值，则可联立　方程（１）与（２）求得两个未知量　和Ｋ，通常用　图解法求解。　（３）土的泊松比＂　的大小对理论解的影响较小，　一般可从室内试验求得　或按土类查取。　这样，就得到压浆后的桩周桩端土层参数，将其　运用到以后的计算中。　２剪切变形传递法计算群桩沉降　ｊ－ｆ６３　得到注浆后土的弹性模量　和泊松比　以后，　可采用剪切变形传递法计算压浆后的群桩沉降。　剪切变形传递法认为在工作荷载下，桩侧和桩端　处的土体塑性变形不明显，故近似采用线弹性理论和　叠加原理进行沉降分析，将群桩中每根桩由自身荷载　引起的沉降和受其它桩荷载影响所产生的沉降叠加起　来，求得群桩沉降。剪切变形传递法能考虑群桩基础　桩问土分层和桩对土“加筋效应”，桩与桩相互作用　系数　能用手工算出。目前，计算群桩沉降一般按桩　周均质土考虑，可根据文献［４］计算桩周均质土情　况下桩与桩相互作用系数。　３现场试验与计算分析　３．１现场试验　试验地点为京沪高速铁路丹阳至昆山特大桥阳澄　湖桥段施工现场，试验段为ＤＫ１２４５＋８２９．００～　ＤＫ１２４６十８６７．８３，桥梁采用３２　ｍ箱梁，基础为泥浆　护壁钻孔灌注桩。　地质条件：②１层（０～５　ｍ）为黏土，灰黄、黄　灰色，硬塑，中压缩性。③１层（５～１ｌ　ｍ）为粉土，　灰、灰黄色，中密，饱和，中压缩性。⑤１～１层　（３５～５３　ｍ）为粉质黏土，灰色，软塑，中压缩性。　⑥ｌ层（５３～６５　ｎ１）为粉质黏土，灰、灰绿、灰黄　色，软塑，中压缩性。⑦１层（６５　１１１以下）为粉砂，　灰褐、浅灰色，中密一密实，饱和，中压缩性。桩端　持力层为⑥１层为粉质黏土。　为了研究注浆后桩的承载性能的变化规律并为群　桩基础的分析提供基础数据，在群桩基础试验场地设　置４根工程桩进行静载试验，其中２根桩端注浆和２　根不注浆；同时，对一群桩基础承台下所有基桩（除　ｇｕｖ羚迥　一根堵管）进行了桩端注浆，见表ｌ。　Ｏ　１　２　３　表１基桩注浆情况表　对桩端注浆的５０４号一２、５０７号一２以及未注浆　的５０５号一２、５０６号一２开展静载试验，结果如图１。　荷载／ｔ　荷载／ｔ　０　４６　９２　１３８　ｌ８４　２３０　２７６　３２２　３６８　４１４　４６０　５０６　（ｂ）　图１桩顶荷载一沉降关系图　４　邹力，等：京沪高速铁路桩端注浆群桩基础沉降计算研究　・５３－　从图１看出，未注浆的两根桩，在荷载水平较低　时，两桩荷载一位移曲线变化相差不大。在最大加载　量４６０　ｔ荷载作用下，５０５号一２桩沉降量为５．８９　ｌａｉｎ，５０６号一２桩沉降量为６．１７　ＩＴＩｍ。从曲线的变化　趋势及位移量来看，两桩均未达到破坏，极限承载力　远大于４６０　ｔ。在４６０　ｔ荷载作用下，５０４号一２桩端注　浆桩沉降量为４．１２　ｍｉｌｌ，５０７号一２桩端注浆桩沉降　量为３．９５　ｍｉｌｌ。　未注浆群桩沉降量为６．５０　ｍｍ，乘以折减系数，即注　浆后群桩沉降量在４．５５～５．２０　ｍｍ之间，证明用剪切　变形传递法计算出的注浆后群桩的沉降量４．６０　ｍｍ是　较为合理的。为提高工程的安全储备，也可将本文提　出的计算方法的结果乘以一定的安全系数，但这需要　开展大量的试验研究来总结规律。　４结论　由以上数据得出，在最大加载量４６０　ｔ荷载作用　下，未注浆时单桩平均沉降为６．０３０　ｍｍ，桩端注浆　后单桩沉降为４．０３５　ｍｍ。　３．２理论计算　按照本文提出的计算方法，以５０１号承台为例，　（１）利用注浆后单桩静载试验结果反求土的参　数，而后运用剪切变形传递法计算注浆后群桩基础的　沉降量这一方法是可行的，但适用条件为：①用于静　载试验的单桩与需计算沉降的群桩基础桩长相同或相　近，桩周桩端地质条件相似，单桩与群桩中每根桩的　注浆量相等或相近。②该法主要是用于计算黏性土中　的超长群桩基础在正常使用状态下的沉降量。　（２）鉴于群桩沉降计算本身难度较大，再考虑　后注浆的作用则更加复杂，本文结合试验，提出了特　计算群桩基础在架梁施工完成后（承担的总荷载为　１５．２４６　ＭＮ）的沉降量，计算结果：未注浆时，由单　桩沉降６．０３　ｍｍ，算得桩周土变形模量Ｅ：７３　ＭＰａ，　剪切模量Ｇ＝２７　ＭＰａ，群桩基础沉降量Ｓ＝６．５０　ｍｍ；　桩端注浆后，由单桩沉降４．０３５　ｍｌＴｌ，算得桩周土变　定条件下该问题的计算思路。在其它地质条件下的不　同桩长的群桩基础，有待开展更多的试验，进一步深　入研究　形模量Ｅ＝１２５．５　ＭＰａ，剪切模量Ｇ＝４６．５　ＭＰａ，群桩　基础沉降量Ｓ＝４．６０　ｍｍ。计算显示，桩端注浆情况　下，群桩基础沉降量减小２９．２３％。　３．３结果分析　参考文献：　［１］隆威，邓君君，吴晓恩．压密灌浆技术在桥涵跳车治理中的应用［Ｊ］．　路基工程，２００８（３）：１７６—１７８．　按照本文提出的计算方法，架梁施工完成后，未　注浆群桩基础的沉降量为６．５　ｍｍ，桩端注浆群桩基　础沉降量为４．６　ｍｍ，沉降量减小２９．２３％。　【２］《桩基工程手册》编写委员会．桩基工程手册［Ｋ］．北京：中国建筑工　业出版社，１９９５．　ＪＧＪ　９４—２００８《建筑桩基技术规范》指出：对　于采用后注浆施工工艺的灌注桩，桩基沉降计算经验　系数应根据桩端持力土层类别，乘以０．７（砂、砾、　卵石）～０．８（黏性土、粉土）折减系数　。而该规　范中对桩基的沉降计算仍沿袭以前的实体深基础分层　［３］吴兴序．灌注桩的轴向阻抗特性及压力灌浆技术研究［Ｄ］．成都：西南　交通大学博士学位论文，２００１．　［４］胡德贵．轴向荷载作用下群桩基础的沉降研究［Ｄ］．西南交通大学博　士学位论文，２００１．　［５］罗书学．桥梁桩基础沉降计算方法探讨［Ｊ］．西藏大学学报，２００３，１８　（４）：６３—７４．　总和法。对此，可理解为在原有的不注浆桩基础沉降　计算方法的基础上乘以０．７—０．８折减系数。文中的　［６］中华人民共和国行业标准编写组．ＪＧＪ　９４—２００８，建筑桩基技术规范　［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２００８．　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｉｌｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｂａｓｅ　ｂｙ　Ｐｉｌｅ　Ｔｉｐ　Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｉｎ　Ｂｅｉｊｉｎｇ・－Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｈｉｇｈ・－ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ　ＺＯＵ　Ｌｉ　，ＷＵ　Ｘｉｎｇ—ＸＵ　，ＰＥＮＧ　Ｓｈｅｎｇ—ｙｉｎｇ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｉｖｉｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｂｅｉｊｉｎｇ—Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ　Ｒａｉｌｗａｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌａｒｇｅ—ｓｃａｌｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｈａｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｂａｓｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｐｉｌｅ　ｔｉｐ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｉｓ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｐｉｌｅ　ｇｒｏｕｐ　ｂａｓｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ａｐｐｌｉｅｄ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｓｅｅｋ　ｆｏｒ　ｓｏｉｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎ　ｒｅｖｅｒｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｐｉｌｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｌｏａｄ　ｔｅｓｔ　ａｆｔｅｒ　ｒｏｕｔｇｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｐｉｌｅ　ｇｒｏｕｐ　ｂａｓｅ　ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ａｆｔｅｒ　ｒｏｕｔｇｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｓｈｅａｒｉｎｇ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｉｅｓ　ｉｔ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｉｌｅ　ｔｉｐ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｐｉｌｅ　ｇｒｏｕｐ　ｂａｓｅ；ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ