应用劈裂树根桩加固桥端路基
2015-06-18
0 引言
树根桩的使用最早可追溯到二十世纪三十年代的意大利。树根桩加固可用于淤泥、粘性土、砂土以及人工填土等建筑的地基加固。随着我国近年来建筑加固工艺的不断发展，树根桩被越来越多地应用于建筑物的加固工程中。树根桩主要适用于新建工程的地基处理和现有工程的基础托换，不仅承压性强，而且还可以实现承受压力的交替荷载。
1 项目概况
廊坊至沧州高速公路是河北省“五纵、六横、七条线”高速公路网络中的“纵二”的重要组成部分，同时也是河北省“十一五”交通发展规划的重点建设项目。项目于2008年6月开始建设，2010年12月16日建成通车。
桩号k121+351-k121+490段位路基高填方段，两侧相连分别为一个特大桥和一个中桥，路基所处地区地势坑洼，下雨容易积水，且地下水位较高，路基基底较软弱。由于路基段落短、填方高，两侧与刚性结构连接，基底软弱，通车后经测量发生了不均匀沉降。为避免路基继续沉降或侧移，经多方讨论研究决定采用劈裂树根桩对k121+351桥端路基进行加固处理。
2 劈裂树根桩平面分布图
桩距采用2*2m正方形布设，每个桥头处理30m。图1中尺寸均以毫米计。
3 树根桩设计应符合下列规定
①在进行设计时，应选择树根桩直径在150-300mm范围内，极长不大于30mm的直极型或者网状结构的斜型桩。②树根桩的单桩承受力的确定，应该充分考虑建筑物的地基条件和材料本身的强度情况。③在设计时要注意将桩身混凝土的强度等级控制在C20及以上，对于一些软弱的地基应考虑其承受力的方向，当其为竖向时应将钢筋的长度控制在1/2桩长及以上；当其为横向时应采用全长配筋。④在设计树根桩时，首先要验算建筑物的基础承载力以及相关方面，当设计无法满足建筑的实际加固需要时，就可以设置新的桩承台基础。
4 树根桩的适用范围
①当建筑物需要加层或者其上部又增加了新的荷载，超出了地基承受能力时。②建筑物因设计施工和地质勘探造成建成后不均匀沉降，影响到建筑物的正常使用与安全时。③防止市政工程如地铁、隧道、桥梁等出现地基土层不均匀沉降，引起裂缝。④古建筑因地基下沉需要进行地基加固时。⑤边坡岩石因失稳需要加固处理时。
5 树根桩的设计
5.1 当树根桩用作支承基础时，一般可采用以下方法来测定其单桩承受力的大小：①进行实地荷载试验，确定单桩承受力的数值；②查询并参考一些同类施工资料的相关规定；③按照摩擦桩的标准来计算和设计；④Rkd=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。
5.2 在确定树桩的桩身强度时，应将其桩身混凝土的轴心抗压强度控制在：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的桩身混凝土的标准抗压强度（MPa）。同时还应将桩身混凝土的标号控制在C15级及以上。
5.3 宜采用粒径在10-25mm间的碎石骨料，同时钢筋笼的外径宜比设计桩径小40～60mm。在进行注浆时，水、水泥、砂的重量比为0.5：1.0：0.3，注意将砂粒的粒径控制在0.5mm以内。一旦成桩，就可以根据施工需求适当掺入一些减水剂和早强剂。
6 树根桩的基本施工工艺
6.1 成孔。施工人员一般选用小型钻机来灌注桩成孔，并使用水或泥浆来循环冷却或者出渣。另外，施工人员还采用正循环的方式有效提高树根桩的承受力，遇到较硬的土层就改用水力扩孔钻头。而在饱和的软土层钻孔时，遇到流沙层就放缓速度，在沙层表面反复磨转，加注泥浆以保护钻孔。当表面土层较为松散时，就使用套管护孔，保证套管孔所在位置高于地面10cm的位置。当钻至设计标高时，先进行清孔，直到清水溢出。
6.2 清孔。钻孔完成后，施工人员要及时转换孔内泥浆，直到泥浆水达到一定比重或溢出清水。
6.3 灌浆管的制作。在制作灌浆管时，当考虑注浆管拔出时，就可以采取接头处外缩节的方式，保持外壁管的光滑度。为防止泥浆进入管内，可使用黑胶布或聚乙烯胶布封住管底。另外，施工人员在制作灌浆管时要将管底口以上1m范围内的管做成花管状，孔眼直径宜为0.8cm，纵向间距为10cm。同时在竖向放置四排灌浆管，放入钢筋笼内后再放入钻孔。
6.4 灌浆成孔。当钢筋管和和灌浆管沉入钻孔后，先压入水泥砂浆。在进行灌注时，应将其埋入2-3米，保证桩体质量。灌浆完成后，立即投入5-25cm的碎石，并使用钢筋插捣，以使骨料均匀布于桩身。
6.5 注浆。将搅拌完成并已筛选好的浆液注入，其中浆液为水泥砂浆，水与灰的比例宜控制在0.4-0.5之间，水、水泥、砂的重量比为0.5：1.0：0.3.选砂时，应选择那些颗粒较为均匀的黄砂，粒径控制在0.5mm以内。待第一次注浆初凝后，便可进行第二次注浆，两次的注浆压力分别为1.5～2.0MPa和2.0～4.0MPa。选用纯水泥浆灌注。水泥选用32.5M矿渣硅酸盐水泥，水为一般人畜饮用水。水灰比1.0：1.0（水：水泥）。用搅拌机进行拌浆，搅拌时间不少于5min。
7 施工后测量数据
8 注意事项
①在开孔时，应对搭板进行详细测量，并画出主筋分布线，避免开孔时，碰到主筋。②最终注浆压力不得大于2.0MPa，发现跑冒浆液及时封堵，或停止注加，采用点式间歇式注浆。
9 结束语
通过应用劈裂树根桩对桥端路基的加固，采用小群桩将路面结构层、路基体、基底很好的结合一起，形成一个整体。经对施工后的测量数据分析，该方法能有效的减少不均匀沉降，很好的起到固结的作用。
