小議樹根樁公路地基加固的應用

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樹根樁于20世紀三十年代初起源于意大利,近年來有很大發展,它很適于荷載小而分散的中小型工業與民用建筑。它不僅可用于新建工程的地基處理,也可用于現有工程的基礎托換,特別是對于場地狹窄,凈空低矮的工程現場,其優點尤為突出。

樹根樁不僅可以承受壓力,也可用以承受拉力或拉壓交替的荷載。一束不同方向的小樁便可稱為樹根樁。

一、樹根樁設計應符合下列規定:

1.樹根樁的直徑應為150～300mm,極長不超過30m的直極型或網樁結構斜型樁。

2.樹根樁的單樁承載力的確定,尚應考慮既有建筑的地基變形條件的限制和考慮樁身材料的強度要求。

3.樁身混凝土強度等級應不小于C20,對軟弱地基,主要承受豎向荷載時,鋼筋長度不得小于1/2樁長;主要承受水平荷載時,應全長配筋。

4.樹根樁設計時,尚應對既有建筑的基礎進行有關承載力的驗算。當不滿足上述要求時,應先對原基礎進行加固或增設新的樁承臺。

二、樹根樁的應用范圍

1.建筑物需要加層(或上部增加荷載),地基和基礎承載力不足時;

2.由于地質勘察、設計和施工原因,建筑物建成后,發生不均勻沉降;

3.由于市政工程,如地鐵或隧道通過建筑物下面地基土層時,為防止建筑物的不均勻沉降;

4.古建筑的地基基礎加固;

5.對巖石和土體邊坡穩定加固等。

三、樹根樁的設計

1.樹根樁作為支承樁時,單樁承載力可采用下述方法確定:

①單樁荷載試驗;

②參考同類工程資料;

③按摩擦樁設計:

Rkd=Σqili.Up/K

式中:

Rkd——單樁容許承載力(KN);

Up——樁周長(m);

qi——第i層土的極限摩阻力(KPa);

li——第i層土中的樁長(m);

K——安全系數,一般可取2。

2.設計樹根樁樁身強度時,樁身混凝土軸心抗壓強度應滿足下式要求:

Rkd/Ap≤250fcu,k

式中:Rkd——單樁容許承載力(KN)

Ap——樁身截面積(m2)

fcu,k——邊長為15cm的樁身混凝土標準抗壓強度(MPa)。樁身混凝土標號應不小于C15級。

3.樹根樁采用的碎石骨料粒徑宜在10～25mm范圍內,鋼筋籠外徑宜小于設計樁徑40～60mm。對作為支承樁的樹根樁,宜注水泥砂漿,配比為:水:水泥:砂=0.5:1.0:0.3(重量比),砂粒粒徑不宜大于0.5mm。樹根樁成樁時可根據需要摻入適量的早強劑和減水劑。

四、樹根樁的基本施工工藝

1.成孔

樹根樁的成孔,一般是采用小型鉆機鉆孔,采用水或泥漿作為循環冷卻鉆頭和除渣手段。同時循環水在鉆進過程中,水和泥土攪拌混合在一起亦變成泥漿狀。有時為了提高樹根樁的承載力,多采用正循環方法,當遇到較硬土層時,換上水力擴孔鉆頭,以達到擴孔目的。在飽和軟土層鉆進時,經常遇到流砂層,鉆進時,進尺速度要慢,依靠巖心管在流砂層表面磨動旋轉,加上孔內泥漿,使其孔壁表面形成泥皮,以達到護孔目的。表土層松散時,用套管護孔,套管口一般高出地面10厘米。鉆至設計標高時,進行清孔,到溢出較清的水為止。

2.清孔

成孔后對孔內泥漿轉換,達到要求的一定比重泥漿水或基本達到溢出清水。

3.鋼筋籠的制作

鋼筋籠根據設計荷載確定其含鋼量,每段鋼筋籠的長度可以視現場條件和機具的吊放能力而定,一般每節長5～6米,鋼筋籠的接頭采用綁扎或焊接均可,其搭接長度應符合規范要求。由于樹根樁的直徑均較小,故鋼筋的混凝土保護層1.5～2.0厘米,對于特殊要求另作處理。

4.灌漿管的制作

灌漿管的制作,當考慮拔出時,接頭處采用外縮節,使外管壁光滑,容易從砂漿(或混凝土)中拔出。為防止泥漿進入管內,需在管底口用黑膠布或聚乙烯膠布封住,在管底口以上1.0米范圍做成花管形狀,其孔眼直徑0.8厘米,縱向間距10厘米,豎向四排,灌漿管一般放在鋼筋籠內,一起放到鉆孔內。

5.灌漿成孔

在鋼筋籠和灌漿管沉入鉆孔之后,壓入水泥砂漿,灌漿管在灌注過程中,一般要埋入水泥漿中2～3米,以保證樁體的質量。灌漿后,立即投入碎石(5～25厘米),用鋼筋插搗,使骨料均勻分布于樁身。

6.注漿

注入攪拌好并經篩選的漿液,漿液采用水泥砂漿,水灰比宜為0.4至0.5,配經為0.5:1.0:0.3(重量比水:水泥:砂)。黃砂采用細砂,顆粒均勻,最大粒徑不得超過0.5mm。采用二次注漿工藝,在第一次注漿初凝以后,方可進行第二次注漿,第一次注漿工作壓力1.5~2.0Mpa,第二次為2.0~4.0Mpa。

五、現場監測

經監測單位現場布置測點,定時觀測建筑物沉降和樹根樁樁頂側向位移,得出三點結論:

(1)樹根樁基坑圍護樁頂側向位移各測點實測值在9mm至12mm,臨近建筑物沉降變形各測點測值在8mm至10mm。基坑圍護穩定性良好,臨近建筑物未出現明顯裂縫,達到了預定的效果。

(2)樹根樁頂位移量,臨近建筑物降量,主要發生在基坑開挖過程中。基坑開挖完畢,變形量明顯減少,尤其當基坑內澆筑了混凝土墊層和防汛墻承臺后,沉降速度迅速減少,土體開始趨于穩定狀態。

(3)基坑開挖經過兩次暴雨后,可見樹根樁間結合處局部有少量泥砂隨流溢出,為安全起見,應盡早澆筑混凝土墊層和防汛墻承臺和墻身,縮短基坑暴露時間,是減少地表沉降,保護臨近建筑物安全的首要條件。

六、結語

(1)實測和計算表明,樹根樁作為淺基坑圍護技措施術是可行的,地表沉降小,樁頂位移小,引起臨鄰近建筑物沉降變形在允許范圍內。

(2)現場施工監測,信息反饋,指導基坑開挖和圍護是必不可少的施工技術手段。

(3)樹根樁作為淺基坑圍護,相對其它施工技術措施較經濟,噪音小,對周圍環境干擾小,不僅具有經濟效益,而且具有社會效益。