微型树根桩加固既有桥台基础

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[摘 要]本文论述了采用微型树根桩加固既有桥台基础的工程地质条件、受力分析计算过程、设计、施工方式和质量检验等关键问题，对处理相近的工程问题具有重要的指导和借鉴作用。

[关键词]微型树根桩既有桥台地基 树根桩受力分析树根桩施工

中图分类号：K928文献标识码： A

1 概述

兰州市华林坪隧道在南山路NYK13+466.48～NYK13+485.57里程处下穿既有兰州至阿甘镇铁路的华林坪公铁立交桥台，桥台基础边缘距隧道中心线最近为3.11m，桥基础底面距隧道开挖面顶约4.3m,该公铁立交桥为跨度13m的板梁桥，修建于20世纪60年代，现为城市道路，供车辆及居民通行，交通较为繁忙。工程场地位于市区东部盆地内，地形以黄土丘陵为主，次为黄土梁峁，阶地与干沟发育。华林坪隧道穿越华林坪高阶地，地面标高1557.45～1592.18m，地貌单元上属黄河南（右）岸Ⅳ级阶地，地形起伏较大。

图1 NyK13+475.56正面图（单位:m）

2 工程地质条件

华林坪隧道沿线地层主要为填土、粉土、碎石等。素填土褐黄色，粉土为主，夹碎石、角砾等，局部夹生活垃圾，人工堆填而成，局部表层为沥青路面，厚度0.50～17.0m，稍密，稍湿，地基土容许承载力约90kPa。黄土状粉土褐黄色～黄褐色，粉粒为主，土质较纯，具孔隙，含白色盐质斑点及钙质条纹，局部夹薄层砂，含个别角砾，厚度1.7～27.0m，稍密～中密，稍湿～湿，地基土容许承载力约120kPa。粉土褐黄色，粉粒为主，土质纯净，局部含褐红色粘土结核，密实度较大，厚度5.0～13.00m，中密～密实，稍湿，地基土容许承载力约150kPa。碎石杂色，主要成分花岗岩、砂岩、片麻岩等。夹块石，含粉土、细砂薄夹层，初见时碎石粒径较小，随深度增加，粒径变大，密实度提高，骨架颗粒约占55％以上，砂、土填充，冲积～洪积形成，厚度1.6～8.0m，中密～密实，稍湿～湿，地基土容许承载力约600kPa。

场地内湿陷性黄土状粉土层厚度大于20m，湿陷性强烈，为Ⅳ级（很严重）自重湿陷性场地。

根据《建筑抗震设计规范》（CB50011-2010）有关规定，工程范围内抗震设防烈度8度，设计地震动峰值加速度为0.20g，特征周期为0.40s，设计地震分组为第二组。

3 既有桥台基础加固措施选型

既有华林坪桥墩台（高程约1575m）置于Q3黄土状粉土层，南山路工程华林坪隧道开挖限界距墩台底面约4.3m，隧道开挖引起桥墩台持力层变形，对桥体稳定性造成影响，因此需要采取可靠地工程措施对其加固。

由于受施工条件及环境限制，要求对既有桥墩台不破坏并尽量减少扰动。由于微型桩具有施工便捷、见效快的特点，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。因此经过综合选型，采用微型桩对既有桥墩台进行加固处理是一种经济合理的工程措施。

树根桩是目前应用较多的微型桩地基加固技术，20世纪30年代由意大利的Fondedile首创，随后在各国得到了广泛使用，它主要用于既有建筑物的地基基础加固，并应用于修建地下铁道时对地面原有建筑物的地基基础进行加固。根据设计需要，树根桩可以垂直或倾斜设置，可以设置成单桩或群桩，受力形式为端承桩或摩擦桩，不仅可以承受压力,也可用以承受拉力或拉压交替的荷载。树根桩不改变既有建筑物的平衡状态，施工时桩孔较小，对建筑物基础和地基不产生次应力，也不扰动地基土和干扰建筑物的正常工作状况。桩体形成后进行灌浆，使桩体外表面粗糙，桩土之间的附着力增加，从而使桩和基础连成一体，因而经树根桩加固后，既有结构物的整体性得到大幅度改善。

设计依据：《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2011）、《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2012）。

4 微型树根桩受力分析与设计

4.1微型树根桩受力分析

由于华林坪隧道开挖引起华林坪桥墩台底黄土状粉土持力层变形，场地内黄土状粉土层厚度大于20m，且具Ⅳ级（很严重）自重湿陷性，设置树根桩后由于桩体穿越较厚的黄土状粉土，将会对桩体产生负摩阻力作用。负摩阻力作用必然加大桩基沉降，引起桥墩台的变形。考虑到桥墩台对沉降的敏感性，因此树根桩的桩端设置在承载力较高，变形较小的碎石土层Q2上，并按端承桩设计，计算时考虑负摩阻力对桩体形成的下拉荷载，下拉荷载作为外部荷载的一部分。

由于受隧道衬砌的影响，在桥墩台上树根桩的平面布桩范围见下图1、2，同时在桥墩台的外侧设置斜向的树根桩以保证其抗倾覆稳定性满足要求。

受力分析计算参数表1

桥面荷载（活载、横载）（kN） 桥墩台自重荷载（kN） 侧摩阻力标准值qsi（kPa）

2270 3521 80

图2 平面布置图（单位:m）

图3 NyK13+475.56剖面图（单位:m）

不考虑土体对桥墩台的竖向摩阻力及支撑力的影响，竖向树根桩按端承桩设计，斜向树根桩按摩擦桩设计，因此受力计算分析模型简化如下图4。

图4 受力计算分析模型图（单位:m）

竖向树根桩的负摩阻力按群桩计算，负摩阻力引起基桩的下拉荷载标准值，为中性点以上各土层的厚度； 为中性点以上各土层的厚度；为桩身截面的周长；为负摩阻力群桩效应系数；为桩侧第层土负摩阻力标准值。群桩效应系数，为纵横向桩间距；为中性点以上桩的平均负摩阻力标准值；为中性点以上桩周土平均重度；为桩身截面直径。计算得到竖向群桩负摩阻力设计值为84.8kN。

取桥墩台的中性面进行受力分析，根据力学平衡条件：

,,。

求解得到竖向端承树根桩的群桩合力F1为10265kN；斜向摩擦型树根桩群桩承载力F2为5045kN。

竖向端承树根桩的单桩承载力为84.8kN；斜向摩擦型树根桩单桩承载力为1009kN。

4.2微型树根桩设计

在桥墩台顶钻孔，设置竖向直径为mm的树根桩，桩端落于承载力较高的碎石层上；在桥台墩侧向设置直径为mm的摩擦型树根桩，与桥墩台侧壁夹角为30度，以避免桩体施工时对兰阿铁路的稳定和运营安全产生影响。树根桩体内设置钢筋笼，通长配置；桩孔内夯填碎石填料，注浆钢花管插至桩孔底。钢筋笼吊装和碎石夯填完毕后，通过注浆管注浆。

5 既有桥台基础微型树根桩加固施工

5.1施工工序

本工程共需施工树根桩约127根，桩径mm，工艺流程为：测放桩位、钻机就位对中、钻孔、清孔、钢筋笼制作安放、下注浆管、一次压浆、投入碎石、二次压浆、移机下个孔位。

1、测放桩位：用全站仪按设计要求放桩位,并用钢筋标识。

2、钻孔：机械就位、对中，校正水平，就位时桩位误差不大于±2cm。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。为了提高树根桩的承载力,采用正循环方法。

3、清孔：当钻至设计深度后，采用正循环进行清孔，清孔后提钻。

4、钢筋笼制作安放：按设计和规范要求制作钢筋笼。成孔后垂直下放钢筋笼，在孔口固定好。

5、注浆：采用间隔施工、间歇施工或增加速凝剂掺量等措施，以防止出现相邻桩冒浆和串孔现象。拔管后应立即在桩顶填充碎石，并在1-2m范围内补充注浆。注浆浆液为纯水泥浆，水灰比0.5，浆液用32.5级普通硅酸盐水泥配制，搅拌时间不少于2min。邻近孔内水泥浆初凝后，方可施工相邻孔的注浆，要求先疏后密，

5.2质量检验及施工质量保证措施

1、每3-6根桩留一组试块，测定抗压强度，桩身强度符合设计要求。

2、采用动测法检验桩身质量及树根桩的竖向承载力。

3、施工现场设专职质量检查人员，检查复核桩机，机架的走位，钻孔的深度，检查水泥浆液的搅拌操作规范、水灰比。

4、钻机移位、开钻、提升由现场指挥负责，开钻前，检查钻机平稳性，做到固定端正，桩架垂直。

5、严格控制水灰比，搅拌时间，浆液质量，注浆时控制注浆压力和注浆量。

6、为保持工作连续性，严禁钻管下钻提升中途进行换岗接班，建立交接班文字记录制度。接班人必须搞清上一班施工的每一个参数。

参考文献

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