树根桩+锚杆联合支护在土质基坑工程中的应用

于光，雷用，胡明

(1重庆市勘测院，重庆401311；2后勤工程学院军事建筑系，重庆401311)

0 引言

树根桩实际上是一种小直径（通常为100～250mm）的钻孔灌注桩，上世纪30年代由意大利Fordedile公司首创[1]。由于树根桩所形成的桩基形状如同“树根”（图1）而得名。树根桩在处理地基基础不均匀沉降和承载力问题方面得到了广泛应用，在许多工程实例中获得成功。但是，树根桩在处理边坡稳定性方面的应用却比较少。

树根桩是利用小型钻机，按设计直径钻进至设计深度，然后放入钢筋笼，同时放入灌浆管，注入水泥浆或水泥砂浆，结合碎石骨料成桩。树根桩可用于加层改造工程的地基加固、在既有建筑物地下隧道施工时对既有建筑物基础进行托换，或用于增强边坡稳定性及码头下地基承载力。

根据需要，树根桩可垂直或倾斜；它既可是单根，也可成束。多束树根桩形成网状结构的斜桩型。同时，树根桩也可以是端承柱或摩擦柱（图1）。

图1 树根桩剖面示意图

树根桩在处理地基基础不均匀沉降和承载力问题上得到了广泛应用，在许多工程实例中获得成功。但是，树根桩在处理边坡的稳定性方面的应用却相对比较少，树根桩作为一种支挡结构型式，在现行国家和行业标准《建筑边坡工程技术规范》GB 503300、《地基基础设计规范》GB 50007、《建筑地基处理技术规范》JGJ79、《既有建筑地基基础加固技术规范》JGJ123、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120中，均未纳入。

树根桩作为一种支护结构型式[2]，它具有如下优点：直径小、施工机具轻便、投入少；竖向树根桩能提供土层所不能满足需要的承载能力；斜向树根桩能提供侧向抗力，等。竖向和斜向树根桩能在土质边坡的支护中充分发挥其优势，做到“少花钱，多办事”，起到事半功倍的效果，并将在支护结构型式中占一席之地。

随着城市人口密度的不断增加和城市建设的发展，人们越来越关注如何合理地开发和利用地下空间。基坑工程是地下空间利用中的主要工程之一。建筑基坑[3]按其物质组成可分为土质基坑和岩质基坑。本文结合某土质基坑工程实例，就几个问题进行探讨。

1 桩-锚支挡体系作用原理

在岩土锚固工程中，以桩、锚杆（或锚索）作为锚固系统的主要构件，就形成了一个桩-锚锚固系统，或称之为桩+锚杆联合支护结构体系，亦称桩锚体系。

岩土锚固的基本原理就是依靠锚杆周围地层的抗剪强度来传递结构物的拉力或保持地层开挖面自身的稳定。

岩土锚固的主要功能：提供作用于结构物上用来承受外荷载的抗力；使被锚固地层产生压应力区域；加固并增加地层的强度，也相应改善地层的其它力学性能；通过锚杆，使结构与稳定岩土体连锁在一起，形成一个共同工作的复合结构，从而使稳定岩土体更有效地承受拉力和剪力。

基坑工程中桩+锚杆联合支护结构体系的水平荷载主要由锚杆来承担，而桩主要起承担竖向荷载（锚杆的竖向分力与桩的自重）、联系锚杆和抗渗透稳定、抗隆起等作用。因此，桩锚体系中的桩常可采用中、小直径的钻孔桩，也可采用直径更小的桩-树根桩，与计算剖面上的多点锚杆形成桩-锚复合支挡体系。

2 工程实例

2.1 工程概况

某房地产开发公司在泸州市治平路旁修建饭店。场地属于浅丘堆积地带，场地开阔，地势平坦，场地标高243.75～244.65m，高差0.9m。拟建饭店地下两层，最底层标高为234.00m，将形成深9.60m左右的基坑,基坑平面边线长约148.5m。场地土层上部为3.8～5.2m左右的填土层，填土层下面为9.1～10.4m左右的粉质粘土层，以下依次为4.2m左右的卵石层及泥岩层。

填土为杂填土，杂色，稍湿，主要为炭、粘性土及少量建筑垃圾，松散状，广泛分布，厚3.8～5.2m。

粉质粘土：黄色、黄褐色，可塑状，韧性中等，干强度中等，无摇震反应，稍有光泽，局部夹流砂，广泛分布，厚9.1～10.4m。

卵石层：场地中均匀分布，卵石和少许漂石大小交错排列，其间充填黄色、灰色中细砂，卵石含量50%～60%，结构稍密至中密，厚3.5～5.5m。

泥岩层：紫红、暗红色为主，泥质结构，中厚层状，岩芯呈柱状，裂隙较发育，局部含溶蚀孔隙，岩芯节长10～60mm。

场地地下水位标高约233.0m，水文地质条件简单，地下水对混凝土无腐蚀性。不存在滑坡、坍塌、地面塌陷等不良地质作用，场地稳定性良好。

为保证拟建建筑物及基坑顶部建筑物的安全，应对场地基坑进行永久性支护。

2.2 设计依据

（1）建设单位提供的场地基坑平面布置图。

（2）饭店岩土工程勘察报告。

（3）《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。

（4）《混凝土结构设计规范》GB 50010-2002。

2.3 支护方案

根据场地的工程地质特征，结合场地边坡的平面布置要求，该基坑采用树根桩+桩间板式锚杆挡墙进行永久性支护。

2.4 设计参数

（1）场地类别：I类建筑场地。

（2）基坑类别：土质基坑。

（3）结构重要性系数为1.10。

（4）本工程按VI度抗震设防，设计使用年限为50年。

（5）岩土参数：

①填土：γ=20kN/m3，综合内摩擦角φD=30o；

②粉质粘土：γ=20.0kN/m3，c=20kPa，内摩擦角φ=20°；

③坡顶附加荷载：q＝3.5kN/m2(边坡后缘已建建筑物采用桩基础，且嵌入岩土体塌滑区范围以内)。

2.5 树根桩、板工程

（1）材料

①树根桩、板混凝土强度等级为C25。

②钢筋：φ-HPB235，Φ-HRB335。

（2）钢筋混凝土

①混凝土保护层厚度：桩为50mm，梁为35mm，板为25mm。

②钢筋混凝土板内应渗入水泥重量10%的UEA—H膨胀剂。

③钢筋接长：采用机械连接。

④所有箍筋弯135o，长10d。

（3）施工要求

①树根桩施工要求：

A.当各树根桩施工完后即可施工桩顶联梁、板，施工时，应注意梁、板与桩的整体连接。

B.树根桩的施工应严格按《建筑桩基技术规范》JGJ94—94执行。

②板施工要求

A.板底设置连续暗梁，梁截面200×500mm，上、下面配筋均为3Φ20，侧向腰筋各2Φ20，箍筋ф10@150,C25混凝土。

B.板竖向每段水平施工缝应严格处理，保证其整体性。

C.板泄水孔：桩间板应按2.5m×2.0m设Φ150泄水孔，外倾5%，墙背后500mm厚范围做卵石堆囊。

（4）其它

①挡墙应沿长度方向每20m设置一道竖向伸缩缝，缝宽30~50mm，缝中嵌沥青麻筋，嵌入深度100mm。

②树根桩应嵌入密实的卵石层内不少于1.5m。

③树根桩应进行检测。

④树根桩应跳槽施工，施工时应准确预留锚孔位置。

2.6 锚杆工程

（1）锚杆孔径为110mm，主筋2Φ28（Φ：HRB335，强度标准值fyk=335N/mm2），锚杆与水平线夹角20°；锚杆采用M30水泥砂浆在2～3个大气压下压力灌注。

（2）肋柱（圆桩）：直径250mm，主筋6Φ20，箍筋ф8＠150，锚杆1m范围加密为100mm，C25混凝土。

（3）钢筋接长：应采用机械连接，符合《钢筋机械连接通用技术规程》JGJ107-2003的规定。

（4）施工前，锚杆应进行性能试验，性能试验锚杆的根数为3根（锚固长度为设计锚固长度的0.6倍）。施工完后应进行验收试验，验收试验锚杆的根数为锚杆总数的5%，且不少于5根（试验荷载值为设计值的1.1倍）。

（5）锚杆的轴向拉力设计值：255kN。

（6）应保证锚杆与桩的整体连接。

（7）土层中的锚杆应进行防腐处理，可采用润滑油三度沥青玻纤布缠裹二层的方法。

（8）面板底标高为233.60m。

（9）挡墙应沿长度方向每20m设置一道竖向伸缩缝，缝宽30～50mm，缝中嵌沥青麻筋，嵌入深度100mm。

（10）锚杆施工应满足以下要求：

①锚杆施工前，应查明锚杆施工区建（构）筑物基础、地下管线等情况；判明锚杆施工对临近建筑物及地下管线的影响，并拟定相应预防措施。

②锚孔施工应按 《建筑边坡支护技术规范》DB50/5018-2001和《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99的有关要求进行。

2.7 其它（略）

2.8 部分施工图

基坑支护设计平面图见图2；基坑支护设计代表性立面图见图3；基坑支护设计代表性剖面图见图4；基坑支护设计大样图见图5。

图2 基坑支护设计平面图

图3 基坑支护设计立面图（AB段）

2.9 监测

该基坑支护工程在竣工后进行了2年的治理效果变形监测。

由于桩嵌入密实的卵石层内不少于1.5m，其竖向变形值小于0.5mm，因此，本文未绘制竖向位移与时间的关系曲线图。

图4 基坑支护设计剖面图（II-II）

图5 基坑支护设计大样图

根据测点水平位移累计值绘制水平位移与时间的关系曲线图（见图6）。由图6分析，水平位移与时间的关系曲线为波浪形，曲线的趋势线近似为水平线，说明支挡结构水平位移的变化幅度有限，整个支挡结构处于稳定状态。

图6 水平位移与时间的关系曲线图

[1]王赫.建筑工程事故处理手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1994.

[2]雷用，赵尚毅，郝江南，等.支挡结构设计与施工[M]，北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]刘兴远，雷用，康景文.边坡工程[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.