樹根樁在地基加固和托換技術(shù)上的應(yīng)用

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一、簡 介
    樹根樁是一種小型鉆孔灌注樁，直徑為13～30厘米，樁長5～25米。它是利用小型鉆機(jī)按設(shè)計直徑，鉆進(jìn)至設(shè)計深度，然后放入鋼筋籠，同時放入灌漿管，注入水泥漿或水泥砂漿，結(jié)合碎石骨料成樁。樹根樁可以根據(jù)需要，做成垂直的，也可以是傾斜的，可以是單根的，也可以是成束的，可以是端承樁，也可以是摩擦樁。
    樹根樁于三十年代初起源于意大利，近年來有很大發(fā)展，它很適于荷載小而分散的中小型工業(yè)與民用建筑。它不僅可用于新建工程的地基處理，也可用于現(xiàn)有工程的基礎(chǔ)托換，特別是對于場地狹窄，凈空低矮的工程現(xiàn)場，其優(yōu)點尤為突出。樹根樁不僅可以承受壓力，也可用以承受拉力或拉壓交替的荷載。一束不同方向的小樁便可稱為樹根樁。我國從八十年代初開始研究應(yīng)用樹根樁于古建筑和現(xiàn)代建筑物的地基加固工程中，用該技術(shù)為蘇州虎丘塔地基加固獲得成功。我公司于1987年在黃埔發(fā)電廠首次應(yīng)用樹根樁加固切換井基礎(chǔ)獲得成功；1988年在黃埔開發(fā)區(qū)作了兩根試驗樁，取得了較理想的試驗結(jié)果，之后廣泛應(yīng)用于軟土地基加固和基礎(chǔ)托換工程中。
    二、樹根樁的應(yīng)用范圍
    1.建筑物需要加層（或上部增加荷載），地基和基礎(chǔ)承載力不足時；
    2.由于地質(zhì)勘察、設(shè)計和施工原因，建筑物建成后，發(fā)生不均勻沉降；
    3.由于市政工程，如地鐵或隧道通過建筑物下面地基土層時，為防止建筑物的不均勻沉降；
    4.古建筑的地基基礎(chǔ)加固；
    5.對巖石和土體邊坡穩(wěn)定加固等。
    三、樹根樁托換的優(yōu)點
    1.所需施工場地較小，一般平面尺寸0.6M×1.8M，凈空高度2.2M就能施工；
    2.施工時噪音小，振動小，對已損壞需托換的建筑物比較安全；
    3.所有操作都可在地面上進(jìn)行，比較方便；
    4.壓力灌漿使樹根樁與地基土緊密結(jié)合，樁和承臺聯(lián)結(jié)成一整體；
    5.樁徑很小，因而施工對承臺和地基土幾乎不產(chǎn)生擾動；
    6.可在各種類型的土中制作樹根樁。
    四、樹根樁的設(shè)計1.樹根樁作為支承樁時，單樁承載力可采用下述方法確定：
    ①單樁荷載試驗；
    ②參考同類工程資料；
    ③按摩擦樁設(shè)計：Rkd=Σqili??Up/K式中：Rkd —— 單樁容許承載力（KN）；
    Up —— 樁周長（m）；
    qi —— 第i層土的極限摩阻力（KPa）；
    li —— 第i層土中的樁長（m）；
    K —— 安全系數(shù)，一般可取2. 2.設(shè)計樹根樁樁身強(qiáng)度時，樁身混凝土軸心抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求：Rkd /Ap≤250fcu，k式中：Rkd —— 單樁容許承載力（KN）
    Ap —— 樁身截面積（m2）
    fcu，k—— 邊長為15cm的樁身混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度（MPa）。樁身混凝土標(biāo)號應(yīng)不小于C15級。
    3. 樹根樁采用的碎石骨料粒徑宜在10～25mm范圍內(nèi)，鋼筋籠外徑宜小于設(shè)計樁徑40～60mm.對作為支承樁的樹根樁，宜注水泥砂漿，配比為：水：水泥： 砂=0.5：1.0：0.3（重量比），砂粒粒徑不宜大于0.5mm.樹根樁成樁時可根據(jù)需要摻入適量的早強(qiáng)劑和減水劑。
    五、樹根樁的施工工藝
    1.成孔
    樹根樁的成孔，一般是采用小型鉆機(jī)鉆孔，采用水或泥漿作為循環(huán)冷卻鉆頭和除渣手段。同時循環(huán)水在鉆進(jìn)過程中，水和泥土攪拌混合在一起亦變成泥漿狀。有時為了提高樹根樁的承載力，多采用正循環(huán)方法，當(dāng)遇到較硬土層時，換上水力擴(kuò)孔鉆頭，以達(dá)到擴(kuò)孔目的。在飽和軟土層鉆進(jìn)時，經(jīng)常遇到流砂層，鉆進(jìn)時，進(jìn)尺速度要慢，依靠巖心管在流砂層表面磨動旋轉(zhuǎn)，加上孔內(nèi)泥漿，使其孔壁表面形成泥皮，以達(dá)到護(hù)孔目的。表土層松散時，用套管護(hù)孔，套管口一般高出地面10厘米。鉆至設(shè)計標(biāo)高時，進(jìn)行清孔，到溢出較清的水為止。
    2.鋼筋籠的制作
    鋼筋籠根據(jù)設(shè)計荷載確定其含鋼量，每段鋼筋籠的長度可以視現(xiàn)場條件和機(jī)具的吊放能力而定，一般每節(jié)長5～6米，鋼筋籠的接頭采用綁扎或焊接均可，其搭接長度應(yīng)符合規(guī)范要求。由于樹根樁的直徑均較小，故鋼筋的混凝土保護(hù)層1.5～2.0厘米，對于特殊要求另作處理。
    3.灌漿管的制作
    灌漿管的制作，當(dāng)考慮拔出時，接頭處采用外縮節(jié)，使外管壁光滑，容易從砂漿（或混凝土）中拔出。為防止泥漿進(jìn)入管內(nèi)，需在管底口用黑膠布或聚乙烯膠布封住，在管底口以上1.0米范圍做成花管形狀，其孔眼直徑0.8厘米，縱向間距10厘米，豎向四排，灌漿管一般放在鋼筋籠內(nèi)，一起放到鉆孔內(nèi)。
    4.灌漿成孔
    在鋼筋籠和灌漿管沉入鉆孔之后，壓入水泥砂漿，灌漿管在灌注過程中，一般要埋入水泥漿中2～3米，以保證樁體的質(zhì)量。灌漿后，立即投入碎石（5～25厘米），用鋼筋插搗，使骨料均勻分布于樁身。
    灌漿技術(shù)參數(shù)：
    ①水灰比 w/c=0.4～0.5
    ②灌漿壓力 P=0.3～0.5MPa
    ③減水劑摻量 0.4 （3%）
    ④中砂 30%⑤碎石
    六、工程實例
    1.珠海市政管理處拱北污水處理廠初沉池地基基礎(chǔ)加固工程
    該沉淀池于1985 年進(jìn)行沉管灌注樁（Φ480）樁基施工，單樁承載力45T，驗樁4條，其中一條不合格，不能滿足設(shè)計要求。根據(jù)場地地質(zhì)情況，結(jié)合施工現(xiàn)場情況，經(jīng)驗證采用樹根樁技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)加固。根據(jù)設(shè)計院提供加固荷載，每個樁基礎(chǔ)增加承載力1/4，樹根樁承載力按摩擦樁來考慮。通過計算，在原基礎(chǔ)上補加140條樹根樁，單樁承載力12T，樁徑Φ150，樁身砼標(biāo)號C23級，主筋選用4Φ12，箍筋為Φ6@250，樁身入殘積土1.5米，樁長平均13米。
    該工程于1992 年7月至9月上旬進(jìn)行施工。施工完成后，由中國建研院珠海科研設(shè)計部進(jìn)行單樁垂直靜荷載試驗，檢測結(jié)果，極限承載力均大于240KN，容許承載力取為 120KN，安全系數(shù)大于2.另回彈系數(shù)為50%左右，表明樁身質(zhì)量較好。工程竣工后，獲得了建設(shè)單位及設(shè)計單位的好評。
    2.廣州一六層框架結(jié)構(gòu)宿舍樓樹根樁基礎(chǔ)托換工程
    該宿舍樓原設(shè)計為五層框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用打樁及獨立柱基礎(chǔ)。在施工過程中進(jìn)行加層，結(jié)果發(fā)現(xiàn)建筑物出現(xiàn)不均勻沉降，沉降量達(dá)十幾厘米。根據(jù)此情況，采用樹根樁進(jìn)行基礎(chǔ)托換，每個樁基設(shè)四條樹根樁，樁徑Φ150，樁長8米。該工程于1992年11～12月施工，施工后，建筑物沉降穩(wěn)定。
    3.中山市外經(jīng)貿(mào)原水出宿舍樓（六層）基礎(chǔ)加固工程
    該宿舍樓建于1983 年，為六層框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用片筏基礎(chǔ)，建成后出現(xiàn)不均勻沉降，房屋向一側(cè)傾斜。工程竣工后，為穩(wěn)定建筑物，在另一側(cè)增加了陽臺，以達(dá)到兩側(cè)力的平衡，結(jié)果房屋又向增加荷載的一側(cè)傾斜。為此，中山市外經(jīng)委委托我方進(jìn)行基礎(chǔ)加固。在發(fā)生沉降的兩側(cè)設(shè)置樹根樁，在沉降量大的一側(cè)，樹根樁起豎向支撐作用，在另一側(cè)，樹根樁起抗拔作用。樹根樁與舊基礎(chǔ)進(jìn)行連接，鋼筋接頭滿足規(guī)范要求。該地層軟土層較厚，淤泥層厚度達(dá)8米，樹根樁樁長為20米。施工在室內(nèi)進(jìn)行，凈空高度只有2.5米，施工難度很大。該工程于1994年12月竣工，經(jīng)觀測，建筑物處于穩(wěn)定狀態(tài)。