浅谈树根桩的设计施工要点及应用

王志 中国中铁四局市政分公司

浅谈树根桩的设计施工要点及应用

王志 中国中铁四局市政分公司

本文主要阐述了树根桩的设计计算方法及施工要点，并且结合一些相关工程实例，对其应用前景进行分析。

树根桩；设计；施工；应用

1、引言

随着国民经济高速发展，基础建设项目逐年增多，地基处理越发成为项目的关键。因此，针对不同的地质条件、复杂的施工环境以及结构受力特点，必须选用既经济又切实可行的地基处理方法，才能有效地缩短工期、降低成本、增加项目效益。树根桩又名压力灌浆微型桩，其直径一般在100～300mm范围内，桩长不超过30米，布置形式有各种排列的直桩和网状结构的斜桩，目前越来越广泛用于不同施工领域中。

2、树根桩设计计算方法

2.1 单桩竖向极限承载力计算

当树根桩作为承重桩时，可按摩擦桩设计：

式中Quk——单桩竖向极限承载力标准值（k N）；

Qsk——单桩总极限侧阻力标准值（k N）；

Qpk——单桩总极限端阻力标准值（k N）；

U——桩身周长（m）；

qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值（kPa）；

li——桩穿越第i层土的厚度（m）；

qpk——极限端阻力标准值（k P a）；

Ap——桩端面积（m2）。

2.2 复合地基承载力计算

当树根桩作为复合地基时，计算方法如下：

其中fspk——复合地基承载力标准值（k P a）；

Ra——单桩竖向承载力标准值（k P a），可通过现场载荷试验确定；

fsk——桩间天然地基土承载力标准值（kPa）；

β——桩间天然地基承载力折减系数，可取0.2～0.6；

Ae——1根桩承担的处理面积（m2）；

Ap——桩的平均截面积（m2）。

2.3 桩身强度设计

设计树根桩桩身强度时，桩身砼轴心抗压强度应满足下式要求：

式中 fc——桩身砼轴心抗压强度（K P a）；

Qa——单桩容许桩承载力（KN）；

Ap——桩身截面积（m2）；

要求桩身混凝土标号不得小于C15级。

2.4 工艺参数设计

树根桩采用的碎石骨料粒径宜在10～25mm范围内，钢筋笼外径宜小于设计桩径40～60mm。对作为承重桩的树根桩，宜注水泥砂浆，配比为水：水泥：砂=0.5：1.0：0.3（重量比），砂粒粒径不宜大于0.5mm。对作为侧向支护和抗渗漏的树根桩，宜注水泥浆，浆液水灰比宜为0.4～0.5；树根桩成桩时可根据工程需要掺入适量的早强剂和减水剂。

3、树根桩施工方法

树根桩施工工艺流程如图所示。

定位和校正垂直度：桩位偏差应控制在20mm以内，直桩的垂直度偏差应不超过1%，斜桩的倾斜度应按设计要求作相应调整。

设备就位：设备就位必须按对中、整平、固定的程序进行，设备就位对中的允许偏差2cm，主动钻杆垂直度偏差要少于1%。

成孔：采用工程地质钻机成孔，也可采用洛阳铲冲击成孔。钻孔时一般采用清水或天然水泥浆护壁，一般不用套管，仅在也孔口附近下一段套管，钻孔到设计标高后清孔，直至孔口基本泛清水为止。钻孔时，控制泥浆比重在1.18左右，清孔后期泥浆比重控制在1.12左右。

钢筋笼制作：按施工规范要求加工制作。

吊放钢筋笼和注浆管：钢筋笼安放过程中，受阻力时不能强行下压，宜边旋边安放，保证孔壁稳定，两节钢筋笼搭接时必须，垂直，钢筋笼安放时笼顶标高要符合设计要求。拟采用φ20mm铁管用做注浆管，注浆管各节间应旋紧，累积长度大于孔深0.2～0.8mm，注浆管底口距离孔底5～10cm（即下到底填料后上提5～10cm）。

填灌碎石：碎石应用水冲洗，计量填放，填入量控制在1.15倍计算体积左右。为保证回填碎石均匀，填入约0.2m3石料，摇动钢筋笼，注浆管，保证碎石入孔底。在填灌过程中应始终利用注浆管注清水清孔，最后在灌注前清孔至返清水为止。

水泥浆配制：将水灰比控制在0.5～0.6之间，水泥浆先用高速搅拌机制浆，以确保搅拌均匀，减少离析，再转入低速搅拌储浆桶，边搅边注浆。

注浆成桩：采用能兼注水泥砂浆和砂浆的注浆泵，最大工作压力≥1. 5mpa，注浆时应控制注浆压力，使浆液均匀上冒，直至泛出孔口溢出为止。注浆过程应连续，如因其他原因间断，立即处理。注浆压力底部用0.5～0.7mpa，上部用0.1～0.3mpa，注浆管的提升应根据注浆压力变化进行，每次提升高度不超过50cm，直至水泥浆完全置换孔内泥浆从孔口溢出为止。

施工注意事项：（1）树根桩采用的碎石粒径不宜过大，以防卡在钢筋笼上，通常以不超过1/10桩径为宜。粒径数毫米的瓜子片含泥量高，易浮在水泥浆表面，会显著减少压浆量和降低桩身强度；（2）在成孔之后至回填碎石期间，最可能产生缩径和塌孔现象，因此应尽可能缩短吊放钢筋笼和注浆管的时间。（3）碎石的填充量采取体积计算，先算出盛碎石的容器的体积和钻孔（扣钢筋笼、注浆管的体积）的容积，可获得每孔应投入碎石的桶数。考虑到钻孔容积计算的误差和投放时空隙的变化，投入量允许有10～20%的变化幅度。投入量过小往往是缩径或碎石级配不良所致，会导致桩身强度不够；（4）注浆不宜采用高压大流量的注浆泵，避免产生过多的浆液流失和桩身强度不均匀；（5）拔管后孔内砼和浆液面会下降，当表层土质松散时会有浆液流失现象，一般须在桩顶填充碎石和在1～2m范围内补注浆；（6）树根桩施工如出现缩颈和塌孔的现象，应将套管下到产生缩颈或塌孔的土层深度以下；（7）树根桩施工时应防止出现穿孔和浆液沿砂层大量流失的现象，树根桩的额定注浆量应不超过按桩身体积计算的三倍，当注浆量达到额定注浆量时应停止注浆，可采用跳孔施工、间歇施工和增加速凝剂掺量等措施来防止上述现象；（8）用作防渗堵漏的树根桩，允许在水泥浆液中掺入不大于3%的磨细粉煤灰。

4、质量检验

对承受竖向荷载的树根桩，采用静载试验来检验其承载能力和沉降特性；对作为抗拔的树根桩，采用抗拔静载试验检测其抗拔力；对作为复合地基的树桩桩，除检测单桩承载力外，还应检测复合地基静载；桩身完整性可采用低应变进行检测。

5、树根桩应用实例

武汉市落步嘴污水处理厂四座二沉池抗浮设计就采用树根桩施工工艺；淮安市四季青污水处理厂四座二沉池及两座B段曝气池抗浮设计同样采用树根桩施工工艺；南京市金川河泵站工程防洪挡墙下部地基处理采用树根桩施工工艺、附近高压线铁塔基础采用斜状树根桩进行支护；武汉市铁路桥泵站的拦污栅、节制闸下部基础采用树根桩复合地基。

6、结语

树根桩由于所需施工设备简易，施工速度快，施工工艺简单，能适用较复杂的施工环境，又适用于粘性土、粉土、砂土、填土和粒径不大的砾砂层等土层，既可作为承重桩、抗拔桩、侧向支护桩，又可用于复合地基处理、抗渗堵漏墙以及既有建筑物的地基和基础的托换处理，应用前景十分广阔。

[1]建筑地基处理技术规范.JGJ79-2002

[2]建筑地基基础设计规程.GB50007-2002

[3]基础工程施工手册

[4]建筑施工计算手册

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.10.027