树根桩技术在基础加固中的应用_闫志刚

收稿日期：2007-10-10 作者简介：闫志刚（1980-），男，汉，河北石家庄人，学士，研究方向岩土工程。 6 第7卷 第1期 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL.7 No．1 2008年 3月 JOURNAL OF SHIJIAZHUANG INSTITUTE OF RAILWAY TECHNOLOGY Mar. 2 0 0 8 树根桩技术在基础加固中的应用 闫志刚 1） 张国彬 2） （石家庄铁路职业技术学院 1） 河北石家庄 050041 河北路桥集团四公司 2） 河北石家庄 054004） 摘要：介绍树根桩的特点以及基本 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 工艺，阐述树根桩在已有建筑物加固改造中的应用，探 讨树根桩技术的新发展，对建筑物的改造和加固具有一定的参考价值。 关键字：基础加固 地基承载力 树根桩 钻孔成桩 中图分类号：TU753.8 文献标识码：A 文章编号： 1673-1816(2008)01-0006-05 1 树根桩技术简介 树根桩是一种小型的钻孔灌注桩，通常的直径是 13～30 cm，桩长 5～25 m。它是利用小型钻机 迸行钻孔，然后放入钢筋笼或型钢，注入水泥砂浆或混凝土，结合碎石骨料成桩，桩可以是垂直的 或侧斜的，可以是单根的或成束的，可以是端承桩或摩擦桩。它具有施工用场地小，噪音和振动小， 操作方便，安全可靠，可以在各类土中成孔制桩等特点，特别是对于场地狭窄，净空低矮的工程现 场，其优点尤为突出。目前国外广泛应用于地基加固和托换工程中。 1.1 树根桩的应用范围 （1）建筑物需要加层（或上部增加荷载），地基和基础承载力不足时； （2）由于地质勘察、设计和施工原因，建筑物建成后，发生不均匀沉降； （3）由于市政工程，如地铁或隧道通过建筑物下面地基土层时，为防止建筑物的不均匀沉降； （4）古建筑的地基基础加固； （5）对岩石和土体边坡稳定加固等。 1.2 树根桩托换的优点 （1）所需施工场地较小，一般平面尺寸0.6 m×1.8 m，净空高度2.2 m就能施工； （2）施工时噪音小，振动小，对已损坏需托换的建筑物比较安全； （3）所有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，桩和承台联结成一整体； （5）桩径很小，因而施工对承台和地基土几乎不产生扰动； （6）可在各种类型的土中制作树根桩。 2 树根桩的设计 2.1 树根桩作为支承桩时，单桩承载力可采用下述方法确定 第1期 闫志刚，等 树根桩技术在基础加固中的应用 7 （1）单桩荷载试验； （2）参考同类工程资料； （3）按摩擦桩设计： KUlqR piikd å ××= / 式中： Rkd：单桩容许承载力（kN）； Up：桩周长（m）； qi：第 i层土的极限摩阻力（kPa）； li：第 i层土中的桩长（m）； K：安全系数，一般可取 2。 2.2 设计树根桩桩身强度时，桩身混凝土轴心抗压强度应满足下式要求 pkd AR / ≤ kcuf ,250 式中： Rkd：单桩容许承载力（kN）； Ap：桩身截面积（m2）； fcu,k：边长为 15 cm的桩身混凝土标准抗压强度（MPa）。桩身混凝土标号应不小于 C15级。 2.3 树根桩采用的碎石骨料粒径宜在 10～25 mm范围内，钢筋笼外径宜小于设计桩径 40～60 mm。 对作为支承桩的树根桩，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 0.5 mm。树根桩成桩时可根据需要掺入适量的早强剂和减水剂。 3 树根桩的施工 3.1 成孔 树根桩的成孔，一般是采用小型钻机钻孔，采用水或泥浆作为循环冷却钻头和除渣手段。同时 循环水在钻进过程中，水和泥土搅拌混合在一起亦变成泥浆状。有时为了提高树根桩的承载力，多 采用正循环方法，当遇到较硬土层时，换上水力扩孔钻头，以达到扩孔目的。在饱和软土层钻进时， 经常遇到流砂层，钻进时，进尺速度要慢，依靠岩心管在流砂层表面磨动旋转，加上孔内泥浆，使 其孔壁表面形成泥皮，以达到护孔目的。表土层松散时，用套管护孔，套管口一般高出地面 10 cm。 钻至设计标高时，进行清孔，到溢出较清的水为止。 3.2 钢筋笼的制作 钢筋笼根据设计荷载确定其含筋量，每段钢筋笼的长度可以视现场条件和机具的吊放能力而定， 一般每节长 5～6 m，钢筋笼的接头采用绑扎或焊接均可，其搭接长度应符合规范要求。由于树根桩 的直径均较小，故钢筋的混凝土保护层 1.5～2.0 cm，对于特殊要求另作处理。 3.3 灌浆管的制作 灌浆管的制作，当考虑拔出时，接头处采用外缩节,使外管壁光滑，容易从砂浆（或混凝土）中 拔出。为防止泥浆进入管内，需在管底口用黑胶布或聚乙烯胶布封住，在管底口以上 1.0 m范围做成 花管形状，其孔眼直径 0.8 cm，纵向间距 10 cm，竖向四排，灌浆管一般放在钢筋笼内，一起放到钻 孔内。 石家庄铁路职业技术学院学报 2008年第1期 8 3.4 灌浆成孔 在钢筋笼和灌浆管沉入钻孔之后，压入水泥砂浆，灌浆管在灌注过程中，一般要埋入水泥浆中 2～3 m，以保证桩体的质量。灌浆后，立即投入碎石（5～25 cm），用钢筋插捣，使骨料均匀分布于 桩身。 灌浆技术参数： （1）水灰比：w/c=0.4～0.5。 （2）灌浆压力：P=0.3～0.5MPa。 （3）减水剂掺量：0.4（3 %）。 （4）中砂：30 %。 4 工程实例 4.1 工程概况 某教学楼建筑面积约 12 320 m2，平面呈东西方向的“日”字形，主体结构为砖混结构，砖墙承 重，局部（空旷房间）钢筋混凝土柱承重；现浇钢筋混凝土楼板及屋面板；墙下条形灰土基础，无 基础圈梁；柱下独立基础，无联系梁。墙体采用粘土砖和白灰砂浆砌筑。无地下室部分基础埋深自 室外自然地坪以下约 1.2 m，有地下室部分基础埋深自室外自然地坪以下约 3.3 m。此建筑物局部开 裂严重，建筑物中心八角搂已成为危房。该建筑为市级文物保护单位，具有重要的历史价值，需进 行修缮保护。根据教学楼的变形状况，需对建筑物东西两侧区域进行地基基础加固。 4.2 工程地质概况 据勘探报告揭示该建筑物压缩层范围内存在以下各层土： （1）杂填土层。杂色，密度松，呈湿－饱和状态，含大量白灰渣、炉灰渣和碎砖，厚度 2.3～4.3 m， 局部厚达 7.0 m； （2）素填土层。杂色，稍密，软－可塑，呈湿－饱和状态，含有机质； （3）粉质粘土层。黄褐色，中下－中密，湿－饱和，可塑，含腐植根； （4）粘土层。褐黄色，中－中上密，呈湿－饱和、可－硬塑状态，含礓石； （5）粘质粉土、砂质粉土层。褐黄色，中上密，呈湿－饱和、硬塑状态； （6）砂质粉土、粉砂层。褐黄色，中上密，湿； （7）粘质粉土层。褐黄色，中上密，呈湿－饱和、可塑－坚硬状态。 4.3 开裂原因分析 根据勘探资料结合相对沉降的测量资料可知，造成该建筑物局部严重开裂的主要原因是地基产 生了较大的差异沉降。 （1）建筑物持力层多为杂填土及素填土，且厚度差别较大（2.30～7.00 m，极差 4.70 m）；加之 建筑物施工期间的沉降量只有一部分，经七十余年的使用期使得沉降及差异沉降均增大较多； （2）持力层土体含大量炉渣和白灰、砖瓦块，造成土质软硬不均，使得建筑物总沉降量和差异 沉降量均较大； （3）由于院内长期排水不畅，基底土质长期受雨水浸泡，土质软化，承载力降低，加剧不均匀 沉降。这些原因造成了建筑物墙体大面积开裂及基础断裂。 （4）高低层交接处可能由于地基不均匀沉降、墙体温度收缩及地震影响而出现竖向裂缝。 第1期 闫志刚，等 树根桩技术在基础加固中的应用 9 4.4 加固 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 4.4.1 方案选择 根据建筑物各部位的变形严重程度，经与北师大继续教育院协商，拟对东西两侧的主要承重墙 和柱的地基与基础进行加固。勘察报告揭示该建筑物地基持力层为杂填土①层、素填土②层。这两 层土分布不均，厚度变化较大，并且土质比较软弱，造成基础总沉降量和差异沉降量均较大。由于 该建筑为市文物保护建筑，在加固过程中应尽力减少对文物建筑外观的损坏，防止降低文物价值。 因此必须选用对建筑物外观影响最小的地基加固方式。综合考虑，地基加固采用树根桩托换方案。 4.4.2 树根桩设计 （1）树根桩直径：圆形，直径大于 150 mm； （2）桩身混凝土强度：C20； （3）桩端持力层：第 5层砂质粉土、粉砂层及第 6层粘质粉土层； （4）单桩承载力标准值：85 kN； （5）桩间距：1.4～1.68 m，根据桩的位置不同取不同数值； （6）其它参数见下表： 表1 树根桩设计参数分类表 项目 单位 1型 2型 3型 桩位 外墙建筑物外围外侧 内墙两侧 外墙建筑物院内外侧 桩顶标高 m －0.75 ±0.00 －0.6 桩底标高 m －9.00 －9.00 －9.00 桩长 m 8.6 9.2 8.7 主筋长度 m 8.2 8.8 8.3 倾角 度 15 10 15 桩数 根 46 484 46 桩间距 m 1.6～1.68 1.4～1.68 1.6～1.68 4.4.3 施工工艺 施工流程：钻机成孔→下入钢筋笼→填入粗骨料→封孔→压力灌注水泥浆→地面恢复 机械配备：水钻：砖墙基础成孔；XY-1型钻机：桩长范围内有水时成孔。 施工技术要求： （1）水钻开孔时，孔位轴线和垂直轴线方向均不宜超过 50 mm； （2）钻机成孔严格控制成孔角度，角度偏差控制在±3 %以内； （3）吊放钢筋笼前应检测孔深；钢筋笼吊放入孔时，要轻提慢放不得碰撞孔壁； （4）注浆管绑扎在钢筋笼主筋上，底端要求距离孔底 30 cm。 （5）室内施工时钢筋笼加工成约 2.0 m长一节，采用孔口焊接，主筋焊接搭接长度单面焊不小 于 10 d，双面焊不小于 5 d； （6）填粗骨料要求填筑密实； （7）注浆材料采用水灰比为 0.6的纯水泥浆。注浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液在初凝前用 完，灌浆压力为 0.5 MPa； （8）成桩 24 h后进行地面恢复，室内地面采用人工水磨石恢复原样，室外地面采用混凝土封口。 4.4.4 方案评价 石家庄铁路职业技术学院学报 2008年第1期 10 优点： （1）所需施工场地较小，一般平面尺寸为 1.8 m，净空高度 2.1～2.7 m即可施工； （2）施工时噪音小，振动也小，对已损坏所需托换的建筑物比较安全； （3）所有施工操作都可在地面进行，相对比较方便； （4）压力灌浆使树根桩与地基土紧密结合，在杂填土中效果尤其显著； （5）施工时桩孔较小，因而对墙身和地基土几乎都不产生任何应力； （6）可在各种类型的土中制作树根桩。 （7）竣工后，经观测，建筑物处于稳定状态，效果明显。 缺点： （1）在地面上钻孔，对室内地面外观有一定的影响； （2）施工过程中需进入室内及走廊，对学校办公有一定的影响。 （责任编辑 田明山） 参考文献： [1]孙少锐,吴继敏,魏继红,等.树根桩加固边坡的稳定性分析与评价[J].岩石力学,2003(5) [2]钱家欢,殷宗泽,土工原理与计算机(第二版)[M].北京:水利电力出版社,1994 [3]刘明维,郑颖人,赵尚毅.树根桩＋化学灌浆.技术在边坡加固中的数值分析[J].工业建筑,2006(10) The Application of Root Pile in Foundation Reinforcement Yan Zhigang1) Zhang Guobin2) (Shijiazhuang Institute of Railway Technology1) Shijiazhuang Hebei 050041 Hebei Road & Bridge Group Co., Ltd.2） Shijiazhuang Hebei 054004 China) Abstract：The characteristics and construction technology of root pile are introduced as well as its application in strengthening reconstruction of existing buildings. The new developments of root pile in recent years are discussed, which has a certain reference value for strengthening reconstruction of buildings. Key words：strengthening of foundation bearing capacity of foundation root pile pile by boring method