树根桩工法

沉管抗浮树根桩施工工法天津第三市政公路工程有限公司 陈旭 张志刚 刘顺刚 金跃彦 贾明浩前言树根桩是一种用压浆方法成桩的微型桩，起源于 50 年代的意大利，通常被应 用于基础的托换和加固，桩径一般在100300mm之间。通常采用抗浮的方式有配 重混凝土、土层锚杆、灌注桩和树根桩等。其中配重混凝土体积大、面积大，如果 施工和养护不当会造成开裂现象；土层锚杆容易造成由于锚杆钢筋偏斜而发生漏筋 或砂浆保护层不够现象；灌注桩施工周期长、桩径和桩间距过大而且造价较高。相 比之下，树根桩具有工期较短、造价低廉的特点。我国上海首先将树根桩技术扩大 应用到污水处理厂工程的池体抗浮领域，天津市纪庄子污水处理厂扩建工程随即也 采用了树根桩进行池体抗浮，取得了较好的技术和经济效果。一、工法特点沉管抗浮树根桩施工工法与传统工艺相比较具备以下特点：1.1、施工过程中无泥浆置换过程，施工场地干净、整洁且不发生坍孔和缩颈现 象，成桩混凝土质量好。1.2、大量节约水泥浆用量（水泥用量约 42Kg/m）；1.3、骨料在钢管振动作用下非常密实（骨料用量与理论成桩体积基本一致）， 成桩混凝土的密实性好；1.4、施工工艺简便，施工周期短；1.5、应用领域不仅可以用来提高地基承载力还可以对地下构筑物有效的抗浮， 单桩抗拔力数值较传统工艺高。二、适用范围沉管抗浮树根桩适用于砂土、粉土、粘性土和淤泥质土等各种不同地基土质条 件中使用，但不适用于碎石土的土质。可适用于污水处理厂、自来水厂等工程中的大型贮水构筑物的池体抗浮，同样 适用于建筑地基加固和软弱地基的地基处理。三、工艺程序和操作要点工艺流程：操作要点：3.1、定位和垂直度沉管抗浮树根桩的定位偏差应控制在 20mm 以内，主要通过控制预制混凝土桩帽（或钢质桩帽）的定位来实现，桩帽外径比桩径宜大10mm。垂直度误差不超过桩长的 1/100，沉管桩机定位后稳定底座并调好水平，不得产生水平方向位移和垂直 沉陷，钢管不能有倾斜。3.2、成孔 钢管应当在振动锤振动下匀速沉入土体，不得无故中途停止下沉或改变下沉速 度，而造成桩帽偏移原桩位。钢管的贯入速度或贯入深度要满足设计要求。3.3、吊放钢筋笼 钢管按照设计要求振动到位后，在钢管内吊放钢筋笼就位。钢筋笼外径宜小于 设计桩径的4060mm,钢筋笼要吊直扶稳，避免碰撞钢管壁，要固定好保护层垫块。 钢筋笼要安放到满足设计要求的深度和位置。3.4、骨料要求沉管抗浮树根桩采用的级配碎石骨料粒径应在525mm范围内，最大粒径不应 超过桩径的 1/10，骨料含泥量不宜超过 1%，如果含泥量很大，可以先用清水清洗骨 料。由于骨料振实前有空隙，因此，骨料要超灌一定高度。3.5、水泥浆配合比水泥宜采用P32.5或P42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆重量配合比宜采用水：水 泥=0.450.50：1，在可灌性好的土层可以更经济地采用水泥砂浆重量配合比为水： 砂：水泥 0.5：0.3：1。水泥浆中宜掺入适量的减水剂，掺入量为水泥用量的 1%。3.6、注浆在石料填满钢管后开始注浆。注浆时的起始压力不应低于1 Mpa,持续30秒钟 后，接着以0.30.5Mpa的压力使浆液上冒，直至泛出孔口为止。孔口泛出浆液后, 先静停30分钟，然后上提钢管，边上提钢管边注浆。注浆过程中要注意石料下沉而 补充石料。在钢管底部距离孔口 3 米时，静停 1 分钟持续注浆，最后，将钢管完全 提出地面。提出管后，孔内石料和浆液面会下降，应立即在桩顶填充碎石并补注水 泥浆，水泥浆中宜掺入水泥用量的 5%的石膏起早强作用。3.7、注浆管 沉管抗浮树根桩关于注浆管的位置作以改进，将两个注浆管分别焊接在钢管外壁的两侧，注浆管为钢质管，注浆管直径为20mm，注浆管的形式如图所示。沉管钢管注浆管一沉管钢管注浆管3.8、提升钢管桩管内装满骨料后,先振动510秒,再开始提升钢管，应边振动边提升,每提升 0.51米，停拔振动510秒，如此反复，直至桩管全部拔出。提升钢管过程中注 浆持续进行。提升钢管速度在一般土层中宜为1.21.5米/分钟，在软弱土层中, 宜控制在0.60.8米/分钟。3.9、其他注意事项3.9.1 成桩检测采用低应变检测和抗拔力静载荷检测相结合的方法。低应变检 测的桩数不得少于总桩数的 10%。3.9.2 抗拔力静载荷检测的桩数不得少于同条件下总桩数的 1%，且每个构筑物 的检测桩数不得少于3根，池内工程桩的单桩竖向抗拔极限承载力标准值按1.5倍 设计值检测。3.9.3 标准混凝土抗压试块的取样采取现场模拟同等条件的成桩条件制作试模 试块，试块抽取频率为每10根桩一组，一组3块。四、主要施工机具设备4.1、振动沉管机宜采用电动振动沉管机，由于树根桩的桩径比较小，一般不大于300mm，所以, 可以选用激振力为150200KN的振动沉管，桩管沉入深度一般为1520米，桩管 外径为220325mm，桩管壁厚为612.5mm。4.2、电动桩锤可以选用功率为60kw的桩锤电机，容许抗拔力一般不宜小于160KN,桩锤质量 一般选用5吨重桩锤。4.3、注浆泵泥浆泵宜选用不低于1.5MPa的液压泵，能调剂压力和流量。砂浆泵的最大输送 压力宜选用不低于2.0 MPa的泵，要求泵不易产生堵塞和离析现象。五、质量保证措施5.1、在饱和淤泥或淤泥质软土层中，施工时为避免缩颈，应当严格控制拔管速 度，应采取“慢拔密振”的方法。5.2、为防止粗骨料粒径过大，在钢管中发生卡管现象，形成断桩，应当严格控 制粗骨料粒径和级配。5.3、为防止桩帽强度不足，造成泥土挤入桩管内，混凝土桩帽的强度不得低于C30,宜采用钢质桩帽。5.4、为防止钢筋在振动过程中沉入骨料中，钢筋笼上部必须临时固定。六、经济效益分析6.1、由于采用沉管成孔的施工工艺，大大缩短了树根桩的施工工期。钻孔树根 桩施工周期约6090分钟，桩机移位也较慢，需要配合吊车，同时，为了避免串孔， 需要实施跳打；而沉管树根桩施工周期仅为3040分钟，而且桩机移位简单、快捷， 可以自行移位。这样以来，由于树根桩的工艺改进，树根桩的施工工期提前约 40 天时间。具体计算如下：参数平均施工周期桩数钻机台数日工作时间工艺、（分钟）（棵）（台）（分钟）钻孔工艺7556816900沉管工艺3556816900节约工期(75-35)X56819006=42 (天)6.2、由于采用沉管成孔的施工工艺，大大节约了工程资金，共节约资金约 346930.5 元。具体计算如下：钻孔工艺所需资金：95.25 X （2090 X 11+3591X 12）=6294310.5（元）沉管工艺实际所用资金：90X（2090X 11+3591X 12） =5947380 （元）6294310.5-5947380=346930.5（元）七、工程应用实例咸阳路污水处理厂工程的二沉池和曝气池的所有树根桩最终都采用了沉管抗浮 树根桩工法，目前已经全部施工完毕，经成桩质量检测合格率 100%（总桩数的 10% 做低应变检测；总桩数的1%做抗拔力静载荷检测，二沉池不小于250KN,曝气池不小 于260KN均满足设计要求；每10根桩做一组标准砼抗压试块）。在工程中技术人员通过对树根桩传统钻孔成孔的施工工艺的研究，开展了树根 桩沉管成孔施工工艺的研究及试验活动，并通过两种树根桩施工工艺的技术参数和 施工现场的实际施工数据的分析，最终，确定了沉管抗浮树根桩工法，避免了树根 桩传统施工工艺的缺陷，为树根桩的进一步发展和应用由积累了新的宝贵的经验和 技术数据。经过天津市科学技术信息研究所查新可知沉管抗浮树根桩施工工艺在国 内尚未被使用过，即该工艺为国内领先的施工工艺。