丁高龙
中冶华天南京工程技术有限公司 南京 210019
摘要：树根桩是一种小直径就地钻孔灌注桩，其直径宜为150mm～300mm，桩长不宜超过30m，桩的布置可采用直桩或网状结构斜桩。在国内外，树根桩已用于古建筑托换加固、边坡的稳定加固、地下工程的挡土墙、建筑物加层、工业厂房及设备基础、深基坑开挖支护、危房加固等托换工程。
关键词：树根桩；地基加固；托换
一、概述
树根桩（Root Piles）是20世纪30年代初由意大利的F.Lizzi所首创并付之实践的。树根桩是一种小直径就地钻孔灌注桩，其直径宜为150mm～300mm，桩长不宜超过30m，桩身混凝土强度不应小于C25，主筋不少于3根，钢筋直径d≥12mm，且宜通长配筋。桩的布置可采用直桩或网状结构斜桩。树根桩适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土的地基处理。在国内外，树根桩已用于古建筑托换加固、边坡的稳定加固、地下工程的挡土墙、建筑物加层、工业厂房及设备基础、深基坑开挖支护、危房加固等托换工程。
二、树根桩的优点
1.所需施工场地较小，一般只要有平面尺寸1.0mx1.5m，净空高度2.5m即可施工；
2.施工时噪音小，振动小，桩孔小，对地基土不会产生太大的扰动，即使在不稳定的地基中也可进行施工，施工过程中不改变建筑物原来力的平衡，能满足施工不影响建筑物使用和原貌的要求；
3.所有施工操作都可在地面上进行，比较方便；
4.压力灌浆使树根桩与地基土紧密结合，桩、承台和墙身联成一体，结构整体性得到大幅度改善；
5.适用于各种类型的土中制作树根桩。
三、树根桩的设计计算
Ⅰ 单根树根桩的设计
树根桩基本上是摩擦桩，采用树根桩进行托换时，可认为树根桩在施工时是不起作用的。当建筑物下沉，桩即承担部分上部荷载，而另一部分荷载仍为既有建筑物基础下的地基土所承担，进而减小了原基础的基底压力，由此可见，用于托换的树根桩是不能充分发挥本身的承载能力的。树根桩承载力主要取决于被托换建筑物的容许沉降量，因此实际设计中，据单桩载荷试验资料，按一般桩基设计方法即可。
1.单桩竖向承载力可采用以下方法确定：
①单桩静载荷试验；
②参考同类工程资料；
③按增强体单桩竖向承载力
Ra=Up∑（Qsi*Lpi）+αp*Qp*Ap
式中：Up—桩的周长（m）
Qsi—桩周第i层土侧阻力特征值（kPa），当采用水泥浆二次注浆工艺时，可乘1.2～1.4的系数
Lpi—桩长范围内第i层土的厚度（m）
αp—桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定（m）
Qp—桩端端阻力特征值（kPa），可按地区经验确定
Ap—桩身截面积（m2）
2.树根桩的桩身强度：
fcu≥4λRa/Ap
式中：fcu—桩体试块（边长150mm立方体）标准养护28d立方体抗压强度平均值（kPa）
λ—单桩承载力发挥系数，可按地区经验确定
Ⅱ 网状结构树根桩的设计
网状结构树根桩是一个修筑在土体中的三维结构，其端面设计是一个很复杂的问题，在桩系内单根树根桩可能要承受拉应力、压应力和弯曲应力。其稳定计算通常用土力学方法进行分析，而对桩和土共同工作的特性目前还不能准确分析，桩的尺寸、桩距都是根据本国实践经验制定的。
对网状结构树根桩的设计应先确定其布置，再按布置情况对其进行受拉或受压受力模式的内力和外力计算分析。
内力方面有：
（1）钢筋的拉应力、压应力和剪应力；
（2）灌浆料的压应力；
（3）桩系中土的压应力；
（4）桩的设计长度；
（5）钢筋与压顶梁的粘着长度；
（6）桩系用于受拉锚固时，压顶梁的弯曲压应力。
外力方面有：
（1）将桩系（含其间的土）视为刚体的稳定性；
（2）包括桩系在内的天然土体的整体稳定性。
网状结构树根桩在受拉、受压情形下具体计算内容较多，由于篇幅限制，此处略之，实际设计中可参考有关资料。
四、树根桩加固地基基础的机理
树根桩复合地基是由桩间改良后的土与注浆树根桩桩体组成的人工“复合地基”，且树根桩在荷载要求不高时也可按刚性桩进行考虑。
1.桩周摩阻力的提高
树根桩由于是静压力注浆，二次注浆等措施，从而使桩侧与桩周土体接触良好。同时在水泥浆的水解、水化作用下，粘土颗粒与水泥水化物作用、碳酸盐化作用下，更加增强了树根桩与其桩周土之间的胶结力，大大提高了注浆微型桩桩周土的摩阻力。
2.桩间土的改良作用
经过静力压浆后，使浆液渗透进周围土层，桩体周围形成不规则圆状水泥浆包裹混合层，大大增强了桩的摩阻力和抗水平荷载的能力，同时改善了邻近土层的结构，密度增大，其承载力得到提高。对砂土和人工填土尤为显著。
3.桩体的作用
由于树根桩的变形模量远远大于桩间土，在一定的基底应力下，基础沉降时基底应力向桩体集中，降低了一定深度的土层的附加应力，而且桩体承担的应力份额大，这样地基土承载力自然就提高了。
五、树根桩的施工
1．选用合理的施工机械设备
一般采用工程地质钻机或采矿钻机，对斜桩选用立轴角度可任意调整的油压岩心回转钻机，并根据实际情况选择合适的钻杆和钻头。压力注浆设备采用BW-150或250型泥浆泵压浆。
2．成孔
钻机成孔可采用天然泥浆护壁，遇粉细砂层易塌孔时应加套管。桩位允许偏差应为±20mm，直桩垂直度和斜桩倾斜度允许偏差不应大于1%。
3．吊放钢筋笼和注浆管
钢筋笼宜整根吊放，分节吊放时，节间钢筋搭接焊缝长度双面焊时≥5d，单面焊时≥10d（d为钢筋直径）。注浆管应直插到孔底，需二次灌浆时应插两根注浆管，施工时应缩短吊放和焊接时间。
4．灌填骨料
放入钢筋笼后，应立即投入粒径15～25mm洗净碎石，同时，应始终利用注浆管注水清孔。
5．注浆成桩
注浆材料可采用水泥浆、水泥砂浆或细石混凝土，当采用碎石灌填时，注浆应采用水泥浆。注浆时，应采用间隔施工、间歇施工或增加速凝剂等技术措施，防止出现相邻桩冒浆和窜孔现象。当采用一次注浆时，泵的最大工作压力应≥1.5MPa，当一次注浆初凝，进行二次注浆时，泵的最大工作压力宜≥4.0MPa，且二次注浆宜采用水泥浆。拔除注浆管后应立即在桩顶填充碎石，并在1m～2m范围内补充注浆。树根桩施工时不得出现缩颈和塌孔。
6.浇筑承台
树根桩用作承重、支护或托换时，为使各桩联成整体并加强整体刚度，通常应浇筑承台。
六、树根桩在工程中的应用实例
1.某污水处理厂初沉池地基基础加固工程
该沉淀池于2005 年进行沉管灌注桩（Φ480）桩基施工，单桩承载力45T，验桩4根，其中一条不合格，不能满足设计要求。根据场地地质情况，结合施工现场情况，经验证采用树根桩技术进行基础加固。根据设计院提供加固荷载，每个桩基础增加承载力1/4，树根桩承载力按摩擦桩来考虑。通过计算，在原基础上补加140根树根桩，单桩承载力12T，桩径Φ150，桩身混凝土强度等级C25级，主筋选用4Φ12，箍筋为Φ6@250，桩身入残积土1.5米，桩长平均13米。
该工程于2012 年7月至9月上旬进行施工。施工完成后，由中国建研院进行单桩垂直静荷载试验，检测结果，极限承载力均大于240KN，容许承载力取为 120KN，安全系数大于2，另回弹系数为50%左右，表明桩身质量较好。工程竣工后，获得了建设单位及设计单位的好评。
2.某六层框架结构宿舍楼树根桩基础托换工程
该宿舍楼原设计为五层框架结构，基础采用独立柱基础。在施工过程中进行加层，结果发现建筑物出现不均匀沉降，沉降量达十几厘米。根据此情况，采用树根桩进行基础托换，每个桩基设四条树根桩，桩径Φ150，桩长8米。该工程于2008年11～12月施工，施工后，建筑物沉降稳定。
3.某宿舍楼（六层）加固工程
该宿舍楼建于2003 年，为六层框架结构，基础采用片筏基础，建成后出现不均匀沉降，房屋向一侧倾斜。为稳定建筑物，在另一侧增加了阳台，以达到两侧力的平衡，结果房屋又向增加荷载的一侧倾斜。为此，需要进行加固。在发生沉降的两侧设置树根桩，在沉降量大的一侧，树根桩起竖向支撑作用，在另一侧，树根桩起抗拔作用。树根桩与旧基础进行连接，钢筋接头满足规范要求。该地层软土层较厚，淤泥层厚度达8米，树根桩桩长为20米。施工在室内进行，净空高度只有2.5米，施工难度很大。该工程于2014年12月竣工，经观测，建筑物处于稳定状态。
参考文献：
[1]叶书麟.地基处理.中国建筑工业出版社，1988
[2]JGJ79-2012《建筑地基处理技术规范》
[3]JGJ123-2012《既有建筑地基基础加固技术规范》
[4]GB50007-2011《建筑地基基础设计规范》
论文作者:丁高龙
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：树根论文; 承载力论文; 应力论文; 注浆论文; 地基论文; 建筑物论文; 水泥浆论文; 《防护工程》2018年第9期论文;