劲型微型桩的特点简述

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摘 要：传统微型桩采用普通钢筋笼作为受力筋，由于其配筋率偏低，桩身材料强度低、刚度小，不利于桩承载力的发挥以及桩极限承载力的提高。劲性微型桩由于桩内采用钢管或工字钢因而刚度大，做成嵌岩桩时可获得较大的单桩承载力，具有较高的应用价值。

关键词：劲型微型桩；构造；施工工艺

中图分类号：TU473.1文献标识码： A 文章编号：

一、传统微型桩的发展

微型桩(亦称树根桩、小桩)于 20世纪30年代由意大利F.Lizzi首创，F.Lizzi称微型桩为Pali Radice，英语为Root Piles。1962年，微型桩技术被Fondedile公司引入英国、德国。此后20年，在欧洲得到广泛应用，主要应用于欧洲古旧建筑物补强，如意大利罗马S.Andrea delle Fratte教堂补强(见图1.1)。美国于40年代开始使用微型桩，从1996年到2001年，深基础协会(DFI)微型桩委员会发展了《拟建微型桩施工规范的设计指南》，该设计指南2001年批准通过。同期美国联邦公路局也发表了《微型桩设计和施工指南》。

微型桩在发展初期设计竖向承载力仅400 kN，原因在于其采用钢筋做为加筋，直径一般在150mm～300mm，同时注浆压力小。近年来微型桩的施工工艺和设计有了较大的发展和改进。现广泛应用于各种土木工程中，如旧房改造、房屋加层、古建筑的加固纠偏、防洪堤坝加固、建筑(构筑物)加固防震、新建建筑物基础、危房地基处理、不均匀沉降事故、地下洞室塌陷事故处理、滑坡处治、路堤加固、基坑支护、基础开挖挡土等工程。

二、劲性微型桩的特点、构造及施工工艺

微型桩发展初期，所采用的水泥、钢材强度较低，计算理论不尽完善。微型桩经过50多年的发展，衍生出新的构造形式，在应用范围、构造形式、设计理论等方面都发生了很大变化，而国内对劲性微型桩(劲材为型钢或钢管)的构造、施工工艺等方面的研究很少，国内尚无统一的设计及施工规范。目前虽然劲性微型桩已在国内得到认可和使用，但缺乏设计依据。

传统微型桩的构造、施工工艺与大直径灌注桩相比有相似之处，但是其受力机理有很大的区别，劲性微型桩相对于传统微型桩而言，又具有其独特之处。

因此本文归纳叙述传统微型桩构造(劲材为钢筋)具有的特点，进而分析总结劲性微型桩的特点，并将在劲性微型桩的构造及施工工艺方面系统分析。以期能够对劲性微型桩的推广提供依据。

1、劲性微型桩的特点

1）所需施工场地较小：可采用小型钻机施工，在平面尺寸1.1m×2.5m和净空高度2.2m即可施工(见图1.2)。

图1.2微型桩的施工场地

2）沉降量小：微型桩在荷载试验中，单桩在712kN (160 kips)轴向荷载下最大沉降只有16.256mm[1]。微型桩在工作时沉降只有数毫米，且在这样的沉降范围内，承载力并没有完全发挥(Ellis 1985)。

3）能够较好的适用于软土地区：采用工字钢或者钢管，都能较好的克服由于土体较软产生缩颈或断桩对承载力的影响[2]。

4）承载力高[9]：国内单桩设计荷载一般小于500kN，传统微型桩单桩设计荷载为300～1000kN(Bruce et al.1995a)。目前国外劲性微型桩单桩设计承载力最高能够达到4000kN(桩端嵌入岩石)。

5）施工引起的附加应力小：由于桩孔直径小，因此对基础和地基土几乎都不产生附加应力，施工时对原有基础影响小，也不干扰建筑物的正常使用。

6）施工噪声和引起的震动小：相比传统桩型，微型桩施工噪声和引起的震动很小(Mascardi 1982)，不会给原有结构物带来危险，对已损坏而需要加固的结构比较安全，即使在不稳定的地基中也可进行施工。

7）能穿透各种岩石和障碍物，适用于各种不同的土质条件(见图1.3)。

(a) (b)

图1.3(a) 微型桩穿透淤泥质土；(b)微型桩穿透片麻岩

8）传统微型桩竖向荷载作用下可不考虑压曲失稳问题[3]。劲性微型桩采用二次压浆，此施工工艺对桩周土的土性参数有很高的改良作用，因此劲性微型桩亦可不考虑压曲失稳问题。所以劲性微型桩如遇桩端为岩石，可将劲性微型桩做成嵌岩桩，以充分利用其桩身材料强度大的优点。

9）传力明确，可靠。

2、劲性微型桩的构造

在各国工程界的不断努力下，新型微型桩构造不断出现，产生了各种类型的微型桩，但总得说来，其基本构造相同。典型的微型桩构造主要由钢套管(Steelcasing，某些类型微型桩中无此构件)、加筋(Reinforcement)、注浆体(Grout)及附属件(如：定位支架)组成(见图1.4)。

美国及一些欧洲国家已研制生产出微型桩专用构件，并制定了标准。这些构件提高了微型桩的施工工艺水平及其可靠性，其中比较典型的是由威廉姆斯工程公司(Williams Form Engineering Corp)生产的微型桩构件[4]，现介绍如下：

1）加筋(Reinforcement)；国外生产的加筋采用标准化全螺纹圆钢(All－Thread－Bar，可实心或空心) 或钢管。此类型加筋可保证和注浆体的粘结力，同时可以方便在桩顶安装桩头。为方便节段化施工，不同规格加筋配套相应接头，以方便加筋的节段联结。

2）六角螺帽(Hex Nuts)；螺帽(见图1.5)的作用是固定桩顶的传力板，保证桩顶荷载传至桩身。

3）桩顶传力板(Steel Bearing Plates)；传力板(见图1.5)的作用是将桩顶荷载有效传至桩身。有时为了提高桩顶部分局部承压能力，在桩顶部分设置螺旋筋加强。

图1.5六角螺帽和桩顶传力板

4）钢套管(Steel casing)；钢套管的作用除了钻进时跟进护壁外，有时也做为微型桩结构的一部分。类似于加筋，为方便在场地受限地段施工，钢套管分成节段，通过螺纹联接。

5）加筋定位器(Centralizer)；为保证加筋精确的定位在桩孔中，采用定位器来定位(见图1.6)。微型桩如用于喀斯特地区，注浆前要在探明的空穴部分用PVC套管密封。

图1.6加筋定位器(Centralizer)

3、劲性微型桩的施工工艺

劲性微型桩的施工一般按以下工序(施工工艺流程见图1.7)进行：成孔～清孔～安放钢管(或工字钢)～注浆成桩。

成孔：一般采用地质钻成孔，视工程及地质条件可采用干成孔或泥浆护壁循环成孔。钻机经改造后，桩孔距建筑物墙(柱)边最近可达到350mm，必要时也可采用斜孔。

清孔：若采用泥浆护壁循环成孔，则成孔后应进行水冲清孔。

安放钢管(或工字钢)：清孔后应及时安放钢管(或工字钢)，在建筑物改造或基础托换工程中，由于受建筑物层高的限制，钢管通常分几节制做(见图1.8)，安放时再进行焊接或采用钢套管连接。

图1.8分节制做钢管

4）注浆：通常采用二次灌浆，所灌材料一般为净水泥浆。第一步：先向孔内抛粒径为15～30mm的小石子(亦可省略此步)，然后静力向孔内注水泥砂浆或净水泥浆(见图1.9)。第二步：待水泥砂浆初凝后进行二次注浆(见图1.10),向孔内压力注水泥浆(注浆压力一般为2～3MPa)。为保证注浆质量，水泥净浆和水泥砂浆均应掺入一定数量的高效减水剂。

图1.9静力注浆图1.10二次高压注浆

三、结论

本文经过介绍了劲性微型桩在国内外的最新发展概况及其构造与施工工艺，可以看出微型桩具有很多优点，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，其优越性尤为突出。由于微型桩在国内应用时间较短，国内目前微型桩采用数根普通钢筋笼做为加筋，由于其截面配筋率偏低，微型桩的轴向刚度较小，同时微型桩桩身强度小于传统桩基，故采用较弱的加筋不利于微型桩承载力的发挥和提高微型桩的极限承载力，但是劲性微型桩能较好的克服由于土体较软产生缩颈或断桩对承载力的影响[2]。目前国外采用专用型钢做为加筋，加筋的直径通常为微型桩孔直径的1/2，微型桩的刚度较大，承载力较高[4]，有较高的应用价值。

参考文献：

[1] Richard J.Finno,Catalina Orozco Perdomo.Evaluation of Compaction Grouted Minipiles at the Northwestern University National Geotechnical ExperimentationSite[R].USA:Department of Civil Engineering Northwestern University,1997

[2] 孙剑平,徐向东等. 劲性微型桩在地下洞室塌陷事故中的应用[J]. 施工技术，1999(2)

[3] 杨永浩. 树根桩技术试验研究及其应用[J].地基处理,1992,3(4)：27～36.

[4] Horst Aschenbroich ,Micro pile renforcement systems and corrosion protection[R].Canada

[5] 孙剑平. 微型桩的应用技术. 山东建筑工业

[6] 许明华. 用喷灌微型桩加固码头钢管桩桩尖基础[J]. 探矿工程，1993年第4期31～32.

[7] 唐冬初. 利用树根桩托换房屋基础[J]. 工业建筑，1999(12)，59～62.

[8] 陈杰. 用树根桩加固地基的工程实例分析[J]. 广东土木与建筑，2003，12，39～40.

[9] 张雪梅. 树根桩解决抗浮问题的具体应用[J]. 城市道桥与防洪，2008，7，79～81.

[10] 陈玉清. 微型钢管灌注桩设计与施工[J]. 建筑技术，2003，4，29～31.

[11] 王新武. 钢管微型桩在楼房地基加固和纠偏中的综合应用[J]. 建筑科学，2008，11，929～104.

作者简介：

谭现东（1973.10- ），男，山东临清人，烟台大学本科，讲师，硕士，聊城职业技术学院工程学院，研究方向：建筑力学、建筑结构。

王 涛（1980.3- ），男，山东金乡人，山东建筑大学本科，中级工程师，研究方向：岩土勘察、地基处理、基坑支护。

王岩秋（1981.8- ），男，山东冠县人，山东建筑大学硕士研究生，助理工程师，主要从事微型桩托换技术与地基处理方面的研究。