郑 楷1，赵大军2，隗延龙3，毕 岩4
（1．吉林建筑大学土木工程学院，吉林 长春 130118；2．吉林大学建设工程学院，吉林 长春130022；3．中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077；4．中国新兴建设开发总公司，北京 100039）
[摘要]分别对北京和西安2个不同的超高层综合楼项目及高层住宅项目灌注桩基进行了压浆前和压浆后桩基沉降量的有限元数值模拟，并结合实际的单桩静载受压试验得出的桩基沉降量进行分析对比，得出压浆后灌注桩数值模拟沉降量与实际沉降量之间的误差率。
[关键词]桩基础；高层建筑；灌注桩；后压浆；沉降；数值模拟
[中图分类号] TU473.1[文章编号]1002 -8498( 2016) 07 -0066 -04
0 引言
随着国民经济的飞速增长，一方面二、三线城市陆续崛起，国家基本建设投资的规模和金额不断增加，各类高层、超高层建筑的兴建已成为现代化都市的重要标志。另一方面，城市的快速发展也使建筑工程施工面临一些新的困难。对工程建设场地地质条件和施工环境条件的可选择性范围逐渐减小，在有限的规划地段内满足更多的使用功能要求和更多的使用者，迫使建筑必须向地上和地下空间发展，这给桩基础设计及施工提出新的课题。因而桩基础从最开始的小直径短桩，逐渐发展成为大直径长桩，由预制桩发展成为灌注桩。为了获得更高的承载力且性能稳定的桩基础，同时要满足沉降变形的要求，应对其施工工艺及应用研究进行开发，以便于更好应用于实际工程。
灌注桩后压浆技术是指在灌注桩灌注混凝土之前预先在桩身周围或桩底埋置压浆管，当桩身达到预定强度之后，把起到交接固化作用的浆液通过压浆管压入桩身周围土体或压入桩端持力层土层中，使桩身与桩身周围土体或桩端土体紧密结合成为一个新的承重固结体，达到提高桩基承载力、降低沉降的目的。
1 工程概况
1.1 北京地区
本工程为财富中心Ⅱ期超高层写字楼项目，建筑物高度为264. 15m，地上60层，屋顶为小型停机坪，地下4层。结构类型为钢一混凝土混合结构，抗震设防烈度为8度，属于一类超高层建筑。
1)确定本工程主塔楼采用大直径灌注桩桩基础方案。在桩基方案设计和施工当中，应结合施工场区地层分布条件选择合适的桩型，确定合理的桩长和采用可靠的施工工艺以达到工程的安全可靠要求。
2)在确定合理桩长时，应综合考虑地基土层存在的综合条件：桩端持力层下卧土层的压缩性、施工场区低压缩性土层（主要指卵砾石层、砂土层）的埋深分布、地下水条件等，此外还应考虑单桩承载力和桩基变形控制等因素。
3)桩端持力层选择
建议以标高-9.510~- 12. 370m以下的第112层夹杂中砂和卵石的黏土层作为桩端持力层，采用该方案时应根据本地区建筑工程灌注桩的设计与施工经验，采取可靠的桩端、桩侧后压浆工艺，提高基桩承载力，并须满足设计要求。
1.2 西安地区
本工程为上水苑公寓楼项目，建筑物高度为99. 45m，地上33层，地下1层。结构类型为剪力墙结构，抗震设防烈度为8度，属于甲类高层建筑。
1)确定本工程主塔楼采用钻孔灌注桩基础方案。钻孔灌注桩的桩长、桩径可由设计单位提供的桩基参数自行确定，采用可靠的施工工艺以达到工程的安全可靠要求。
2)根据勘察试验资料，结合施工经验按不同桩长与桩径，对钻孔灌注桩的单桩竖向极限承载力标准值进行估算。桩基施工前，应进行试桩，钻孔灌注桩单桩竖向极限承载力标准值应通过现场载荷试验最终确定。
3)桩端持力层选择
建议以标高- 10. 000~- 11. 800m以下的第⑤层粉质黏土层作为桩端持力层，采用该方案时应根据本地区建筑工程灌注桩的设计与施工经验，采取可靠的桩端、桩侧后压浆工艺，提高基桩承载力，并须满足设计要求。
2数值模拟
借助通用有限元软件建立桩一土体系的结构模型，模拟静载荷试验过程，对不同桩长、桩径的灌注桩基进行承载力变形及位移沉降的分析研究，并结合实际情况为数值模拟在灌注桩施工中的应用提供有效资料。数值模拟模型如图1所示。
3 分析对比
3.1北京地区
桩基为普通大直径长桩，桩身混凝土强度等级为C45，桩身直径分别为800mm和1 000mm，桩长为37. 20m。承重土层为第112层夹杂中砂和卵石的黏土层。根据工程具体要求及模拟试验得出工程桩压浆试验参数如下。
1)压浆设计方案 本工程的工程桩均采用桩端及桩侧双压浆模式。
2)压浆材料选用P．O32.5普通硅酸盐水泥，压浆水灰比值为0. 60~0.75。
3)后压浆质量控制采用压浆量和压浆压力双控方法，以水泥注入量控制为主，泵送终止压力控制为辅。
估算水泥压入量及泵送终止压力如表1所示。
考虑到灌注桩基在压浆前与压浆后的沉降问题，模拟计算与静载试验所得桩基沉降量对比如表2，3所示。在数值模拟阶段和单桩承载力静压试验阶段，得出Q-s曲线如图2所示。
1)本工程桩基共422根，其中ɸ800mm桩基263根，ɸ1 000mm桩基159根。
2)对于北京地区本工程压浆使用的适合水灰比为0. 60~0.75。桩端和桩侧的泵送压力分别为≥2. 0MPa和≥1.0MPa。
3)由表2对比得知，压浆前和压浆后灌注桩基的沉降量发生了明显的变化，ɸ800mm桩沉降量减少了38. 27%，ɸ1000mm桩沉降量减少了31.40%。
4)由表3不同压浆量下桩基沉降量变化对比得知，在压浆量以15%左右递增时，ɸ800mm和ɸ1000mm的桩基沉降量线性递减。
5)由图2可知，在荷载线性递增的条件下，ɸ800mm桩基的沉降误差累积率随着荷载的增加由14. 64%逐渐增加到36. 3%。ɸ1000mm桩基沉降的误差累积率随着荷载的增加由26.7%增加到44.11%。
6)按沉降量增加数值计算累积沉降误差率的环比值，ɸ800mm桩基环比值由19. 6%减小到4.8%。ɸ1000mm桩基环比值由27.4%减小到7.4%。
3.2西安地区
桩基桩身混凝土强度等级为C45，桩身直径为600mm，桩长为27. 5m和30. 0m。承重土层为第⑤层粉质黏土层。根据工程具体要求及模拟试验得出工程桩压浆试验参数如下。
1)压浆设计方案 本工程的工程桩均采用桩端及桩侧双压浆模式。
2)压浆材料选用P.O 32.5普通硅酸盐水泥．压浆水灰比值为0. 50~0.55。
3)后压浆质量控制采用压浆量和压浆压力双控方法，以水泥注入量控制为主，泵送终止压力控制为辅。
估算水泥压入量及泵送终止压力按表4所示。
考虑到灌注桩压浆前与压浆后的沉降问题，数值模拟计算与静载试验所得桩基沉降量对比如表5所示。在数值模拟阶段和单桩承载力静压试验阶段，得出Q-s曲线如图3所示。
1)本工程用桩量总数为126根。
2)对于北京地区本工程压浆使用的适合水灰比为0. 50~0.75。桩端和桩侧的泵送压力分别为≥2. 1MPa，≥2.3MPa和≥1.0MPa。
3)由表5对比得知，压浆前和压浆后灌注桩基的沉降量发生了明显变化，27.5m的桩沉降量减少了25.94%，30m的桩沉降量减少了21.42%。
4)由图3所示的Q-s曲线变化得知，在荷载线性递增的条件下，27.5m桩基的沉降误差累积率随着荷载的增加由18.67%逐渐增加到32.19%。30m桩基沉降的误差累积率随着荷载的增加由28.11%增加到43.34%。
5)按沉降量增加数值计算累积沉降误差率的环比值，27.5m桩基环比值由17.34%减小到2.48%。30m桩基环比值由20.94%减小到3.19%。
4结语
1)由2个工程实例得知，北京地区和西安地区在桩基施工中采用的都是桩端桩侧后压浆技术，考虑到工程地质条件的不同，压浆选取的虽然是相同材料，但2个工程的水灰比不同，桩端泵送压力也不相同。
2)通过上述2个工程桩基的数值模拟与静载试验所得的桩基沉降量对比得知，在承重持力层都是黏土层的前提下，大直径桩的沉降误差率在30%～40%，小直径桩的沉降误差率在20%~30%，说明数值模拟与静载试验的沉降误差率随桩径和桩长的增加而逐渐增加。
3)由Q-s曲线得知，在荷载依次递增的条件下，大直径桩的沉降误差累积率比小直径桩多出8.03%~11.9%，但数值随桩长差值的减小而减小。
4)由沉降量增加数值计算累积沉降误差率的环比值对比得知，桩径越小、桩长越短的桩基环比值低于桩径越大、桩长越长的桩基。两者相差6%左右。
5)灌注桩后压浆技术所涉及的因素较多，而在实际施工中各种因素往往是并列存在并相互作用，具体情况更为复杂，今后仍需要进一步开展研究工作。
