树根桩于20世纪三十年代初起源于意大利,近年来有很大发展,它很适于荷载小而分散的中小型工业与民用建筑。它不仅可用于新建工程的地基处理,也可用于现有工程的基础托换,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。
树根桩不仅可以承受压力,也可用以承受拉力或拉压交替的荷载。一束不同方向的小桩便可称为树根桩。
一、树根桩设计应符合下列规定:
1.树根桩的直径应为150～300mm,极长不超过30m的直极型或网桩结构斜型桩。
2.树根桩的单桩承载力的确定,尚应考虑既有建筑的地基变形条件的限制和考虑桩身材料的强度要求。
3.桩身混凝土强度等级应不小于C20,对软弱地基,主要承受竖向荷载时,钢筋长度不得小于1/2桩长;主要承受水平荷载时,应全长配筋。
4.树根桩设计时,尚应对既有建筑的基础进行有关承载力的验算。当不满足上述要求时,应先对原基础进行加固或增设新的桩承台。
二、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。
三、树根桩的设计
1.树根桩作为支承桩时,单桩承载力可采用下述方法确定:
①单桩荷载试验;
②参考同类工程资料;
③按摩擦桩设计:
Rkd=Σqili.Up/K
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.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:
Rkd/Ap≤250fcu,k
式中:Rkd——单桩容许承载力(KN)
Ap——桩身截面积(m2)
fcu,k——边长为15cm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。
3.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0.5mm。树根桩成桩时可根据需要掺入适量的早强剂和减水剂。
四、树根桩的基本施工工艺
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厘米。钻至设计标高时,进行清孔,到溢出较清的水为止。
2.清孔
成孔后对孔内泥浆转换,达到要求的一定比重泥浆水或基本达到溢出清水。
3.钢筋笼的制作
钢筋笼根据设计荷载确定其含钢量,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米,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厘米,对于特殊要求另作处理。
4.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米范围做成花管形状,其孔眼直径0.8厘米,纵向间距10厘米,竖向四排,灌浆管一般放在钢筋笼内,一起放到钻孔内。
5.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米,以保证桩体的质量。灌浆后,立即投入碎石(5～25厘米),用钢筋插捣,使骨料均匀分布于桩身。
6.注浆
注入搅拌好并经筛选的浆液,浆液采用水泥砂浆,水灰比宜为0.4至0.5,配经为0.5:1.0:0.3(重量比水:水泥:砂)。黄砂采用细砂,颗粒均匀,最大粒径不得超过0.5mm。采用二次注浆工艺,在第一次注浆初凝以后,方可进行第二次注浆,第一次注浆工作压力1.5~2.0Mpa,第二次为2.0~4.0Mpa。
五、现场监测
经监测单位现场布置测点,定时观测建筑物沉降和树根桩桩顶侧向位移,得出三点结论:
(1)树根桩基坑围护桩顶侧向位移各测点实测值在9mm至12mm,临近建筑物沉降变形各测点测值在8mm至10mm。基坑围护稳定性良好,临近建筑物未出现明显裂缝,达到了预定的效果。
(2)树根桩顶位移量,临近建筑物降量,主要发生在基坑开挖过程中。基坑开挖完毕,变形量明显减少,尤其当基坑内浇筑了混凝土垫层和防汛墙承台后,沉降速度迅速减少,土体开始趋于稳定状态。
(3)基坑开挖经过两次暴雨后,可见树根桩间结合处局部有少量泥砂随流溢出,为安全起见,应尽早浇筑混凝土垫层和防汛墙承台和墙身,缩短基坑暴露时间,是减少地表沉降,保护临近建筑物安全的首要条件。
六、结语
(1)实测和计算表明,树根桩作为浅基坑围护技措施术是可行的,地表沉降小,桩顶位移小,引起临邻近建筑物沉降变形在允许范围内。
(2)现场施工监测,信息反馈,指导基坑开挖和围护是必不可少的施工技术手段。
(3)树根桩作为浅基坑围护,相对其它施工技术措施较经济,噪音小,对周围环境干扰小,不仅具有经济效益,而且具有社会效益。指导基坑开挖和围护是必不可少的施工技术手段。
(3)树根桩作为浅基坑围护,相对其它施工技术措施较经济,噪音小,对周围环境干扰小,不仅具有经济效益,而且具有社会效益。