作者簡介：藍(lán)英福（1973—），工程師，主要從事橋梁工程施工工作。

文章以某軟土地區(qū)橋梁樁基加固工程為研究背景，對樁基周圍土體開展室內(nèi)試驗(yàn)，研究注漿壓力與注漿液水灰比對漿脈寬度、抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角的影響，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于FLAC3D數(shù)值模擬軟件，采用樁基側(cè)面注漿方法，分析不同注漿深度、注漿長度、注漿壓力等條件下樁基荷載-沉降曲線，研究其對樁基極限承載力的影響。結(jié)果表明：（1）漿脈寬度隨注漿壓力的增大在逐漸增大，且增大速率也在逐漸變大，但當(dāng)注漿壓力從1 MPa增加到2.5 MPa，漿脈寬度增加幅度隨水灰比的增加在降低，同時隨著水灰比的增加，漿液擴(kuò)散范圍在降低；（2）隨著水灰比的增大，加固土體的抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，說明應(yīng)存在一個最優(yōu)水灰比；（3）樁基極限承載力隨注漿長度、注漿壓力的增加在逐漸增大；（4）隨著注漿長度的增大，樁基極限承載力在不斷提升。

軟土地區(qū)；注漿參數(shù)；注漿加固；樁基極限承載力；數(shù)值模擬

U445.55A391384

0?引言

近年來，許多橋梁建設(shè)項(xiàng)目尤其是在浙江、福建等沿海地區(qū)，由于線路穿越軟土地帶易導(dǎo)致橋臺前移、橋面鋪裝起拱、樁基差異沉降等病害發(fā)生［1］。沿海軟土地區(qū)因樁基差異沉降導(dǎo)致的交通事故、工程事故數(shù)不勝數(shù)［2］。因此，亟待開展軟土地區(qū)橋梁樁基差異沉降及加固措施的研究。

許多學(xué)者分別從不同角度對樁基差異沉降及加固措施進(jìn)行了研究，趙小由等［3］介紹了某跨線橋施工中出現(xiàn)的工程問題，并提出了樁側(cè)及樁底壓漿、增加鉆孔灌注漿、增加預(yù)制管樁等3種基礎(chǔ)加固方案；陳德紹等［4］基于MARC軟件，研究了增加不同樁數(shù)、樁長、樁徑等加固措施對樁基沉降的影響；趙志鋼等［5］以改擴(kuò)建橋梁加寬樁基礎(chǔ)工程為研究對象，通過數(shù)值模擬分析了注漿加固條件下承載力、樁頂沉降量的變化規(guī)律；李秋陽［6］闡述了橋梁加寬工程中常見的病害及其影響，分析了注漿沉降控制技術(shù)對橋梁樁基的承載力及沉降量的影響；牛健等［7］基于PLAXIS 3D軟件，分析了橋梁改擴(kuò)建工程中典型拼寬梁橋施工過程中樁基內(nèi)力和樁基變形，研究了新橋樁基長度對差異沉降的影響，并分析了樁底注漿對樁底土體參數(shù)的影響；張荊晶等［8］分析了未注漿、樁側(cè)注漿、樁底注漿、聯(lián)合注漿等4種工況條件下樁基沉降特性，并研究了樁基荷載-沉降曲線演化規(guī)律。

目前，關(guān)于樁基差異沉降規(guī)律及不同加固措施的效果的研究已經(jīng)取得一定成果，但大多從注漿加固常見土體地區(qū)樁基的角度分析樁基沉降量的演化規(guī)律，鮮有學(xué)者研究軟土地區(qū)橋梁樁基的注漿加固措施。本文以某軟土地區(qū)橋梁樁基加固工程為研究背景，對樁基周圍土體開展室內(nèi)試驗(yàn)，研究注漿壓力與注漿液水灰比對漿脈寬度、抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角的影響，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于FLAC 3D軟件，采用樁基側(cè)面注漿方法，分析不同注漿深度、注漿長度、注漿壓力等條件下樁基荷載-沉降曲線，研究其對樁基極限承載力的影響。從而為橋梁樁基加固工程中注漿位置、注漿長度、注漿壓力的選取提供參考。

1?工程概況

本文以某軟土地區(qū)橋梁樁基加固工程為研究背景，由于當(dāng)?shù)毓S的新建，該橋梁交通量突增，橋梁承載力逐漸無法滿足地方發(fā)展，因此，計(jì)劃在橋梁樁基進(jìn)行注漿加固，提升該樁基承載力，該橋梁全線采用分離式斷面類型。該地受季風(fēng)性濕潤氣候影響，氣溫適中，1月氣溫最低，7月氣溫最高，年平均氣溫在16 ℃左右。四季分明，光照充足，雨量豐沛，5月、6月降雨頻繁，年平均降雨量約為1 500 mm。

2?室內(nèi)試驗(yàn)研究

向樁基周圍土體注漿，漿液填充土體孔隙，膨脹后對周圍土體產(chǎn)生壓力，進(jìn)而提升土體的內(nèi)摩擦角、粘聚力、壓縮模量等，最終提高樁基承載力。常見的注漿加固措施有兩種：樁側(cè)注漿、樁底注漿。注漿液水灰比、注漿壓力、距樁基礎(chǔ)距離等均會對注漿加固效果產(chǎn)生影響，因此研究注漿參數(shù)對土體加固效果尤為重要。該地土層為不同風(fēng)化程度的淤泥質(zhì)土層，在直徑40 cm，高度80 cm的鋼桶里填充滿粉質(zhì)黏土，在鋼桶中心位置預(yù)留注漿管道。本文設(shè)置3種水灰比：0.6、0.8、1，4種注漿壓力：1 MPa、1.5 MPa、2 MPa、2.5 MPa，組合共12種工況，分析漿脈寬度、抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角的演化規(guī)律。

2.1?漿脈寬度演化分析

基于Photoshop和Image Pro Plus圖像處理軟件，可以識別漿脈寬度。為確保圖像像素一致需固定高度和加固后土樣位置進(jìn)行拍攝，將得到的圖像在Photoshop軟件中轉(zhuǎn)化為灰度圖，再進(jìn)行二值化處理，然后通過Image Pro Plus軟件進(jìn)行降噪處理，去除表面雜質(zhì)干擾，最后通過漿液像素點(diǎn)與總像素進(jìn)行計(jì)算得到漿脈寬度。注漿參數(shù)對漿脈寬度的影響如圖1所示。

由圖1可知，漿脈寬度隨注漿壓力的增大在逐漸增大，且增大速率也在逐漸變大。隨水灰比的增加，注漿壓力從1 MPa增加到2.5 MPa漿脈寬度增加幅度在降低：1.94 cm（水灰比0.6）＞1.79 cm（水灰比0.8）＞1.03 cm（水灰比1），說明隨著水灰比的增加，漿液擴(kuò)散范圍在降低。同一注漿壓力下，漿脈寬度隨水灰比的增加在逐漸減小，如：注漿壓力1 MPa時，漿脈寬度大小為：3.6 cm（水灰比0.6）＞1.69 cm（水灰比0.8）＞1.32 cm（水灰比1），且曲線距離也在逐漸減小，水灰比從0.6增大到0.8時，漿脈寬度減小了53%，水灰比從0.8增大到1時，漿脈寬度減小了21.9%，說明水灰比越大，漿液擴(kuò)散越困難。

2.2?抗壓強(qiáng)度演化分析

漿脈寬度只能說明漿液擴(kuò)散的范圍，對樁基的加固不僅需注意影響范圍，還需注意其對土體強(qiáng)度的影響程度。故采用HCT306E微機(jī)控制油電混合伺服壓力試驗(yàn)機(jī)測量加固后土體的抗壓強(qiáng)度隨注漿參數(shù)變化，如圖2所示。

由圖2可知，抗壓強(qiáng)度隨注漿壓力的增加在逐漸增大。當(dāng)注漿壓力從1 MPa增加到2.5 MPa時，水灰比0.6抗壓強(qiáng)度曲線增大了0.218 MPa，水灰比0.8抗壓強(qiáng)度曲線增大了0.338 MPa，水灰比1抗壓強(qiáng)度曲線增大了0.228 MPa，說明注漿壓力對抗壓強(qiáng)度存在正相關(guān)關(guān)系。水灰比1的抗壓強(qiáng)度曲線位于水灰比0.6和水灰比0.8抗壓強(qiáng)度曲線之間，當(dāng)注漿壓力1 MPa，水灰比從0.6增加到0.8時，抗壓強(qiáng)度從0.135 MPa增大到0.242 MPa，增大了79.3%；水灰比從0.8增加到1時，抗壓強(qiáng)度從0.242 MPa減小到0.212 MPa，減小了12.4%，說明在水灰比增大的過程中，漿液加固土樣抗壓強(qiáng)度先增大后減小，因此需嚴(yán)格控制漿液水灰比。

2.3?抗剪強(qiáng)度演化分析

樁基周圍土體不僅承受豎向壓力，還需承受側(cè)向土體剪切，故需研究漿液加固土體剪切強(qiáng)度的變化。因此通過環(huán)刀在距注漿管10 cm處取樣，后在直剪儀上進(jìn)行試驗(yàn)，得到加固后土體的粘聚力與內(nèi)摩擦角隨注漿參數(shù)變化如圖3所示。

由圖3可知，粘聚力、內(nèi)摩擦角均隨注漿壓力的增加在逐漸增大，如：當(dāng)水灰比為0.8，注漿壓力從1 MPa增加到2.5 MPa時，粘聚力從47.7 kPa增大到68.1 kPa，增大了42.8%；當(dāng)注漿壓力從1 MPa增加到2.5 MPa時，內(nèi)摩擦角從22.84°增大到36.54°，增大了59.98%。當(dāng)水灰比從0.6增加到0.8時，粘聚力、內(nèi)摩擦角均有所增大，如：當(dāng)注漿壓力為1 MPa時，粘聚力從44.9 kPa增大到47.7 kPa，增大了6.23%，內(nèi)摩擦角從22.1°增大到22.84°，增大了3.35%；當(dāng)水灰比從0.8增加到1時，粘聚力、內(nèi)摩擦角均大幅度降低，如：當(dāng)注漿壓力1 MPa時，粘聚力從47.7 kPa降低到38.8 kPa，降低了18.7%，內(nèi)摩擦角從22.84°降低到19.68°，增大了13.84%。

綜上所述，注漿參數(shù)對漿脈寬度、土體抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等均有影響。注漿壓力與其存在正相關(guān)關(guān)系，均隨注漿壓力的增加逐漸增大。注漿液水灰比增加過程中，抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等先增大后減小，故存在一個最優(yōu)水灰比，選取的3種水灰比梯度中，水灰比0.8的抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等均為最大。

3?數(shù)值模型的建立

為研究樁側(cè)注漿方式對橋梁樁基承載力的影響，基于FLAC 3D軟件，依據(jù)某軟土地區(qū)橋梁樁基加固工程為研究背景，建立橋梁樁基樁側(cè)注漿模型，如下頁圖4所示。

圖4?橋梁樁基樁側(cè)注漿模型圖

橋梁樁基高為25 m，樁徑為0.8 m。地基土為淤泥質(zhì)土，初始內(nèi)摩擦角為15°，粘聚力為70 kPa，彈性模量為10 MPa，泊松比為0.3。為簡化計(jì)算，將土體設(shè)置為同一種土。

根據(jù)室內(nèi)注漿試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)注漿下土體物理力學(xué)參數(shù)會發(fā)生變化，從而增強(qiáng)樁基承載力，因此數(shù)值模擬中土體注漿加固后物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

進(jìn)行樁基注漿時，將注漿加固X范圍設(shè)置為0～8 m，本文僅研究注漿深度、樁基樁長、樁基對加固效果的影響。

4?結(jié)果分析

4.1?注漿深度對加固效果的影響分析

為研究加固深度范圍對注漿加固效果的影響，本文設(shè)置樁基樁長25 m、樁基0.8 m，注漿壓力為1 MPa，注漿加固長度為5 m，加固土體物力力學(xué)參數(shù)如表1所示。注漿深度加固工況如表2所示。

通過樁基側(cè)注漿后數(shù)值模擬，得到荷載-沉降曲線如圖5所示。

由圖5可知，注漿后樁基承載力顯著提升，注漿深度不同對樁基承載力存在一定影響，不同注漿深度承載力如圖6所示。

圖6?不同注漿深度下樁基極限承載力變化曲線圖

由圖6可知，6種工況下，樁基極限承載力分別為：1 828 kN（1-0）、2 327 kN（1-1）、2 342 kN（1-2）、2 378 kN（1-3）、2 334 kN（1-4）、2 314 kN（1-5），發(fā)現(xiàn)注漿深度對加固效果的影響較小。5種樁基側(cè)注漿較未注漿樁基極限承載力分別提升了：27.3%（1-1）、28.12%（1-2）、30.1%（1-3）、27.7%（1-4）、26.8%（1-5）。

4.2?注漿長度對加固效果的影響分析

為研究注漿長度對注漿加固效果的影響，本文設(shè)置樁基樁長25 m，樁基0.8 m，注漿壓力設(shè)置為1 MPa，加固土體物力力學(xué)參數(shù)如表1所示。設(shè)置如下注漿長度加固工況，如表3所示。

通過數(shù)值模擬得到2-1～2-5條件下注漿長度對樁基加固效果的影響，如圖7所示。

由圖7可知，隨著荷載的增加，樁基沉降量在不斷增大，且增長速率在不斷變大。隨著注漿長度的增大，樁基極限承載力在不斷變大。

不同注漿長度下樁基極限承載力如圖8所示。

由圖8可知，5種注漿長度條件下樁基極限承載力分別為：1 828 kN（2-1）、2 806 kN（2-2）、3 113 kN（2-3）、3 455 kN（2-4）、3 675 kN（2-5），說明隨著注漿長度的增大，樁基極限承載力在不斷提升，且注漿長度對樁基極限承載力的提升效果在逐漸減弱，提升效果大小為：10.7%/m（2-2）、7.03%/m（2-3）、5.9%/m（2-4）、5.05%/m（2-5）。

4.3?注漿壓力對加固效果的影響分析

為研究注漿壓力對注漿加固效果的影響，本文設(shè)置樁基樁長25 m，樁基0.8 m，注漿長度為25 m，加固土體物力力學(xué)參數(shù)如表1所示。設(shè)置注漿壓力加固工況如表4所示。

通過數(shù)值模擬得到3-1～3-4條件下注漿壓力對樁基加固效果的影響，如圖9所示。

由圖9可知，隨著注漿壓力的增大，樁基極限承載力在不斷變大，3-1、3-2、3-3、3-4的樁基極限承載力分別為：3 675 kPa、3 992 kPa、4 559 kPa、4 619 kPa。較3-1極限承載力分別增大了：8.63%（3-2）、24.1%（3-3）、25.7%（3-4）。說明注漿壓力越大，樁基極限承載力越大。

5?結(jié)語

本文以某軟土地區(qū)橋梁樁基加固工程為研究背景，對樁基周圍土體開展室內(nèi)試驗(yàn)，研究注漿壓力與注漿液水灰比對漿脈寬度、抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角的影響，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于FLAC 3D數(shù)值模擬軟件，采用樁基側(cè)面注漿方法，分析不同注漿深度、注漿長度、注漿壓力等條件下樁基荷載-沉降曲線，研究其對樁基極限承載力的影響，得到以下結(jié)論：

（1）漿脈寬度隨注漿壓力的增大在逐漸增大，且增大速率也在逐漸變大；注漿壓力從1 MPa增加到2.5 MPa，漿脈寬度增加幅度隨水灰比的增加在降低：1.94 cm（水灰比0.6）＞1.79 cm（水灰比0.8）＞1.03 cm（水灰比1），說明隨著水灰比的增加，漿液擴(kuò)散范圍在降低。

（2）隨著水灰比的增大，加固土體的抗壓強(qiáng)度、粘聚力、內(nèi)摩擦角等出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象，說明應(yīng)存在一個最優(yōu)水灰比。

（3）樁基極限承載力隨注漿長度、注漿壓力的增加在逐漸增大。

（4）樁基側(cè)面注入深度不同的5 m漿液的樁基極限承載力較未注漿樁基極限承載力分別提升了：27.3%（深度0～5 m）、28.12%（深度5～10 m）、30.1%（深度10～15 m）、27.7%（深度15～20 m）、26.8%（深度20～25 m）。

（5）隨著注漿長度的增大，樁基極限承載力在不斷提升，5種注漿長度條件下樁基極限承載力分別為：1 828 kN（深度0～5 m）、2 806 kN（深度0～10 m）、3 113 kN（深度0～15 m）、3 455 kN（深度0～20 m）、3 675 kN（深度0～25 m）。

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