不同注浆条件下桩端后压浆桩竖向承载机制：实验与理论模型创新研究

针对钻孔灌注桩因施工扰动导致的承载力不足问题，研究人员通过系统实验探究不同注浆压力(P)和注浆量(V)对桩端后压浆(TPG)桩竖向承载特性的影响。发现低压时增大V可显著提升极限承载力(Qu)，高压时该效应减弱；建立了考虑土体模量退化与注浆耦合效应的桩端阻力-位移模型，揭示了注浆扩径效应、土体强化效应和残余应力效应三重机制，为优化桩基设计提供理论支撑。

　　

在城市化进程加速的今天，高层建筑、跨海大桥等重大工程对桩基承载力提出更高要求。钻孔灌注桩虽因适应性强被广泛应用，但施工过程中的土体扰动和桩端沉渣问题，犹如隐藏在工程中的"定时炸弹"，严重制约着桩基承载力的发挥。传统解决方案往往简单粗暴——通过增加桩径或桩长来提升承载力，这不仅造成资源浪费，还可能在复杂地质条件下引发新的工程风险。面对这一困境，桩端后压浆技术(TPG)应运而生，它像一位"土壤医生"，通过注浆渗透、压密等作用修复受损土体。然而，现有研究多聚焦单一注浆参数的影响，缺乏对压力(P)与注浆量(V)耦合作用的系统认知，这成为制约技术优化的关键瓶颈。

针对这一科学问题，重庆大学的研究团队开展了一项创新性研究。他们在3m×2.1m×3m的大型模型槽中，采用上海灰色粉质原状土，通过精心设计的对照实验，首次系统揭示了P-V耦合作用对TPG桩承载特性的影响规律。研究发现，当注浆压力较低时(如0.3MPa)，增加注浆量能使模型桩的极限承载力(Q_u)显著提升；但当压力升至0.6MPa后，这种提升效应出现"天花板现象"。更引人注目的是，团队通过荷载传递分析发现，TPG技术能有效改善桩侧阻力与桩端阻力的异步发展问题——压浆后单桩承载力贡献主体从桩身转向桩端，这一发现为优化桩基受力设计提供了全新视角。

研究的关键突破在于理论模型的创新。团队基于Boussinesq解，建立了考虑土体模量退化与注浆耦合效应的桩端阻力-位移模型：z_b=Q_b(1-ν_b)η/(4r₀G_b)。该模型首次将注浆扩径效应、土体强化效应和残余应力效应三重机制统一纳入理论框架，经实验验证具有较高精度。其中，扩径效应使桩端等效半径r₀增大；土体强化效应表现为剪切模量G_b提升；而残余应力则通过改变初始应力场影响承载力发展。这种多机制耦合的分析方法，为TPG技术的精细化设计提供了理论工具。

实验采用分级加载系统，通过埋设于桩身的应变片阵列监测荷载传递规律。对比无压浆桩P21发现，其Q-s曲线呈缓变型，极限承载力仅1500N，而压浆桩表现出明显的承载力跃升。通过控制变量法设置不同P-V组合，发现最优注浆参数存在临界值：当P超过0.6MPa后，继续增大V对Q_u的提升幅度不足5%。研究还创新性地采用数字图像相关技术(DIC)观测土体变形场，为理论模型提供了可视化验证。

研究结果部分显示：

1. 模型槽与土体：采用上海灰色粉质土，其物理力学参数经严格标定，确保模型与原型的相似性。
2. 无压浆桩承载力：参照桩P21的Q-s曲线揭示典型缓变特征，桩侧阻力分布呈现"上小下大"的非均匀性。
3. 桩端阻力-位移模型：引入模量退化系数λ，修正后的模型能准确反映高压注浆下土体的非线性响应。

结论部分强调，该研究不仅阐明了P-V参数的优化区间，更通过三重效应理论揭示了TPG的作用本质。特别是在软土地区，该成果对解决桩基沉降控制难题具有重要指导价值。团队建议工程应用中采用"低压多量"的注浆策略，并指出未来应重点研究注浆浆液与土体的长期相互作用机制。

这项发表于《Ocean Engineering》的研究，首次从多参数耦合角度解析了TPG桩的承载机制，其建立的理论模型已被纳入重庆市地方标准。正如通讯作者Chunfeng Zhao教授指出："该成果就像为桩基工程装上了'导航系统'，让后压浆技术从经验走向精准。"这为海上风电、跨海大桥等重大工程的桩基设计提供了重要技术支撑，展现出广阔的应用前景。