深厚软土桩基后注浆技术试验与研究

摘要

钻孔灌注桩具有对地层适应性强，能提供较大的单桩承载力，钢筋用量少等优点，在深基础工程中得到广泛的应用。但是，钻孔灌注桩的固有缺陷，诸如桩底沉渣、桩侧泥皮等，限制了其承载力的发挥。虽然注浆技术是有效改善钻孔灌注桩上述缺点的有效手段之一，但后注浆的理论、注浆参数设计和施工工艺的理论研究严重滞后于工程应用。本文在广泛查阅国内外相关研究成果的基础上，以京沪高速铁路土建六标阳澄湖湖区试验工程为背景，采用理论分析、现场试验和数值模拟相结合的方法对钻孔灌注桩在注浆前后的承载力特性，后注浆加固机理，注浆参数设计、施工工艺、后注浆装置和注浆加固效果等关键技术问题进行了深入研究。本文的主要内容和成果如下： （1）通过在桩身预埋测试元件，获得各级荷载作用下桩身轴力和桩侧摩阻力随桩身深度的变化规律、桩顶荷载-位移-时间曲线。 （2）钻孔灌注桩在注浆前后的荷载-位移-时间试验结果表明：桩侧土体注浆可减小桩顶位移22.2％～25.8％；桩端注浆可减小桩顶位移30.1％～35.98％；桩端桩侧联合注浆可减小桩顶位移32.4％～35.5％。 （3）通过注浆试验研究，形成了一套适合深厚软土地区桩基后注浆施工的参数设计方法、施工工艺、质量控制和验收标准建议，并开发出简单适用的后注浆施工预埋装置。 （4）对钻孔灌注桩的桩顶位移进行了数值计算。结果表明：当桩顶荷载为700吨时，未注浆桩桩顶位移为9.357mm，桩侧注浆的桩顶位移为6.99mm，桩端注浆的桩顶位移为7.11mm（浆液上升55m），桩端桩侧联合注浆的桩顶位移为6.78mm。注浆后其桩顶位移分别减小2.367mm，2.247mm和2.577mm。 （5）对钻孔灌注桩的桩基极限承载力进行了数值计算。结果表明：未注浆桩的计算极限承载力为1300吨，桩侧注浆桩的极限承载力为1800吨，桩端注浆桩的极限承载力为1700吨（浆液上升55m），桩端桩侧联合注浆桩的极限承载力为1900吨。三种注浆方法提高桩基承载力的量值分别为：38.5％，30.8％和46.2％。 （6）数值结果表明：后注浆技术是减小深厚软土地区桩基沉降的有效手段之一。对深厚软土地区的超长钻孔灌注桩，宜优先选用桩侧压力注浆为主的方法减小桩基沉降，即可简化后注浆装置，又可方便注浆施工；当承载力要求较高、桩较长且桩端有较好的持力层时，可采用桩端桩侧联合注浆。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1本文的研究背景及问题的提出

1.1.1本文的研究背景

1.1.2问题的提出

1.2钻孔灌注桩的发展现状

1.2.1钻孔灌注桩的产生和发展

1.2.2钻孔灌注桩存在的主要问题

1.3国内外注浆技术的研究现状

1.3.1国外注浆技术研究发展概况

1.3.2国内注浆技术研究发展概况

1.4注浆分类及其特点

1.4.1静压注浆

1.4.2高压喷射注浆

1.4.3注浆技术在工程中的应用

1.5本文的研究目的和内容

1.5.1本文的研究目的

1.5.2本文的研究内容

第二章 桩基后注浆技术提高承载力的机理分析

2.1浆液的流变性及流变特征

2.1.1浆液流变性及分类

2.1.2粘性流体

2.1.3塑性流体

2.1.4粘时变流体

2.1.5浆液流态

2.2渗透注浆理论

2.2.1球形扩散渗透公式

2.2.2柱形扩散渗透公式

2.2.3渗透注浆极限压力

2.3压密注浆理论

2.3.1压密注浆机理分析

2.3.2压密注浆的平面力学模型

2.4劈裂注浆理论

2.4.1劈裂注浆过程及力学分析

2.4.2劈裂注浆平面力学模型

2.5注浆对桩侧土层作用机理分析

2.5.1后注浆对桩侧土的影响机理

2.5.2后注浆对桩侧土层作用机理的理论分析

2.6注浆对桩端土层作用机理分析

2.6.1后注浆对桩端土的影响机理

2.6.2后注浆对桩端土层作用机理的理论分析

2.7本章小结

第三章深厚软土桩基后注浆技术现场试验研究

3.1后注浆现场试验概况

3.1.1试验目的和试验内容

3.1.2试验工点工程地质概况

3.1.3注浆方式

3.2现场试验方案设计

3.2.1试验机具

3.2.2注浆施工顺序

3.2.3注浆管的连接

3.2.4质量保证措施

3.2.5单桩静载试验方案

3.2.6单桩后注浆现场试验

3.3试验结果及分析

3.3.1试验数据处理

3.3.2试验结果分析

3.4本章小结

第四章 深厚软土桩基后注浆技术施工工艺研究

4.1后注浆灌注桩的分类

4.1.1按注浆管埋设方法分类

4.1.2按注浆工艺分类

4.2深厚软土桩基后注浆技术施工工艺研究

4.2.1工艺流程

4.2.2施工机具及劳动组织

4.2.3单向阀制作及注浆管绑定

4.2.4后注浆灌注桩施工步骤

4.3冲水开塞和注浆压力研究

4.3.1冲水开塞压力

4.3.2注浆压力

4.4后注浆灌注桩施工注意事项

4.4.1注浆管的埋设

4.4.2水泥注入量的确定

4.4.3注浆泵的选择

4.4.4浆液浓度

4.4.5注浆节奏

4.4.6注浆顺序

4.4.7注浆后保养龄期

4.4.8注浆效果的检验和桩基验收

4.4.9注浆管堵塞事故的处理

4.5本章小结

第五章 深厚软土桩基后注浆技术数值模拟研究

5.1数值分析理论基础

5.1.1 FLAC3D概述

5.1.2 FLAC3D软件的特点

5.1.3 土的本构关系

5.1.4接触面模型

5.1.5摩尔-库仑模型

5.2数值模拟分析假定与建立模型

5.2.1基本假定及计算流程

5.2.2计算模型

5.2.3计算模型的检验

5.3桩侧注浆对桩受力性状影响的计算

5.3.1桩侧注浆数值计算

5.3.2桩侧注浆极限承载力计算

5.4桩端注浆对桩受力性状影响的计算

5.4.1桩端注浆数值计算

5.4.2桩端注浆极限承载力计算

5.5联合注浆对桩受力性状影响的计算

5.5.1联合注浆数值计算

5.5.2联合注浆极限承载力计算

5.6本章小结

第六章结论与展望

6.1本文的主要研究成果

6.2本文创新点

6.3有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

攻读硕士期间的论文发表情况及科研情况