树根桩施工技术在工程建设领域中的应用

【摘要】结合工程实例，树根桩施工技术在面对场地狭小、空间受限、原有基础条件限制无法扩大支承基础等困难，能够凭其工艺特点精准控制。

【Abstract】Basedon engineering examples,this paper discusses the advantages of tree root piles under conditions such as limited space and insufficient height,uneven settlement of buildings with difficult reinforcement,and restrictions on expanding the pile cap due to existing foundation conditions,by analyzing the construction process characteristics and control points of tree root piles.It concludes that tree root pile construction technology has practical significance in foundation reinforcement engineering.

【关键词】树根桩；基础加固；基础托换；

【Keywords】classifyrootPile;foundationreinforcement;foundation underpinning 

1引言

树根桩技术自二战后自意大利迅速传播至欧美日，起初用于古建筑修复，随后广泛应用于地铁建设等托换工程中。

国内的树根桩技术的普及和实践可以追溯到同济大学的推动。1981年，在苏州市虎丘塔的矫正工作中，同济大学首先开始对树根桩的技术进行室内外的实验研究。接下来的一年里，他们联合上海新卫机械公司及上海勘查研究院，进一步推进各种类型的树根桩实地测试。到了1985年，在上海东湖酒店扩建的项目上，第一次实际使用了树根桩技术。紧接着，1987年的初春，上海市隧道规划局在外滩附近的地标建筑群实施了树根桩支撑加固措施，取得了明显的成果。至今，树根桩技术已广泛应用于上海、北京、云南、西安等地诸多工程项目。

2施工工艺

2.1钻机和钻头选择

选择施工钻机时，需要根据设计需求、孔洞尺寸和场地状况来决定，通常会选择工程地质或采矿钻机。对于斜孔作业，可以考虑配备能够调节立轴角度的油压岩芯回转钻机。由于在施工过程中经常会遇到净空限制，所以需要准备适当数量的短钻具和钻杆以满足作业需求。

当在混凝土基础上进行钻孔操作时，牙轮式钻头、合金钢钻头或者是钢粒钻头都可以选择。然而，如果在软粘土环境中工作，使用合金肋骨式钻头更为适宜，这样能够扩大岩芯管与孔壁之间的环状空隙，有效防止因软粘土缩径导致的卡钻问题。

在钻机安装完毕后，根据施工规划的钻孔角度和位置，调整钻机的方向以及立轴的倾斜角度，并确保设备的稳固性和平衡性。

2.2成孔

在软粘土中进行钻孔时，通常会选择使用清水作为保护壁孔的稳定性的措施。然而，当钻入饱和软土层时，粉砂层（流沙层）可能出现收缩或塌陷，此时应该改用泥浆来保障壁孔的稳定性。

通常，钻机的转速是220r / min，液压系统的压力范围在1. 5 ~ 2. 5mpa之间，而配套的供水压力则在0. 1 ~ 0. 3mpa之间。当进入饱含水的土壤中挖掘的时候，通常并不需要全过程的保护措施(如全部采用管道进行护壁)来保持稳定状态。

2.3填灌碎石

当钢筋笼和注浆管被插入到钻孔中之后，必须立即投放经过水洗涤且粒度范围为5-25mm的碎石。需要将碎石通过孔口的漏斗倾倒进去，与此同时轻轻晃动钢筋笼以促进其下降并且紧实地聚集在一起，直到整个桩孔都被填满了为止。碎石的填充数量应该达到理论容量的0.8~0.9倍，在此过程中要不断使用注浆管向孔内灌水以便保持干净。

2.4注浆

注浆作业推荐采用可兼容水泥浆与砂浆的注浆泵，其最大工作压力应不低于1.5MPa。在执行灌浆操作的过程中，需要准确控制压强，保证浆体的匀速提升。同时，在向水泥浆中加入砂砾的同时，要用它来替换掉其中的淤泥，直到从钻孔处流出的不再是泥浆而是水泥浆为止。

注浆压力随桩长增加而提升，桩长20米时，压力约为0.3至0.5MPa,桩长30米时，则增至0.6至0.7MPa。若采用二次注浆工艺，须待初次注浆的水泥浆液初凝（大约60分钟内）后方可进行。二次注浆压力常为2至4MPa，因此注浆泵的压力应不低于4.0MPa。据上海地区经验，二次注浆可提升桩承载力约25%至40%，纯水泥浆的水灰比一般控制在0.4至0.55之间。

压浆过程中会产生振动，导致桩顶石子沉降，因此需持续向桩顶添加石子直至浆液从孔口溢出，此时压浆方可结束，确保桩体充实稳固。

3控制要点

（1）在孔底200毫米的位置安装注浆管，并在注浆过程中适时地调整其高度。一旦注浆完成，应立刻移除该管，每提升1米需要补充一次，直到管体全部被拔出，以保证注浆的效果。

（2）水泥浆注浆后会有较大的收缩现象，因此在控制桩顶标高时，应根据桩的截面和长度来确定施工标高，一般要比设计标高高出5%～10%。

4 试验检测

地质超声波检测主要对地层的密实度进行初步判定,并通过动力触探的击实数找出两种的大致规律。对注浆孔进行超声波速率测试得出Vp,注浆完成后，重新进行超声波测试得到速率Vp灌,两者进行比较，若Vp灌>Vp，则初判注浆效果达到要求，如图1。另外,以已经满足承载力要求(即动力触探击实值大于5击)的部位进行声波测试,得出经验地层的速率V0,以此作为基准值,注浆后所得的速率值与基准值进行比较,若Vp灌>V0,则视同注浆效果达到预期。

图1 填土注浆前后波速趋势图分析图

 5工程实践

5.1堤防改造工程应用

苏州河（真北路至蕰藻浜）堤防达标改造工程2标段，东起北周泾、西达规划苏西闸，全长约14.20公里，横跨青浦与嘉定两区，其中青浦区段长2.41公里，嘉定区段长11.79公里。主要项目包括桩基建设、拆除旧防洪墙、新增防洪墙和岸边结构、土方施工、预制箱形砌块和装配式挡墙的安装，以及绿化等重要环节。

鉴于桥下净高限制及桩基施工可行性，G15沈海高速大桥、千秋桥与嘉松北路桥下均采用了LB3设计断面，如图2。防汛墙基础前端连接原墙身，后端则接桩基，采用密排树根桩形式，桩径统一为Φ400。其中，G15沈海高速大桥下桩长14米，千秋桥下15米，嘉松北路桥下12米，顺利实现了桥下段基础加固目标。

5.2民用建筑增层应用

上海市东湖宾馆，一座始建于30年代的钢筋混凝土框架结构三层建筑，高达14米，占地面积1400平方米，总荷载44370千牛，由28个独立或条形基础承载。基础面积差异大，最大达135平方米，最小仅1.7平方米，埋深亦不均，最深3.2米，最浅0.85米。为了适应时代进步和满足业务增长的需求，我们计划在原有建筑上新增三层楼，使得总高度提升到25米。经过精心规划，预计将会增加23250千牛的负载，届时的总负荷将达到67620千牛。

经过地质调查发现，原本的大厦底部支撑是由浅色的淤泥和轻度的粘土组成，其中还包含了一些隐蔽的水坑。由于长时间受到压力的影响，这些土壤已经变得非常坚硬，其承载能力从最初的90 kPa提升到了现在的108 kPa，然而这仍然无法达到新增加的部分柱状基础所需的承重要求。因为地面存在着不均衡下陷的现象，从而引发了建筑物的破裂。为了防止这种情况进一步恶化并影响到正常的建筑功能，我们需要在前期的建设中加强地基的基础设施，避免出现更严重的地下沉降现象。

为防止增层导致差异沉降加剧，引发建筑开裂，影响正常使用，原计划通过扩大基础面积进行加固，即便如此施工难度较大。决定运用树根桩作为基础替换的方式，这种方法对原有建筑和地基土壤的影响较小，且具有高度的承载能力，更加实际可行。

树根桩的设计基于复合地基理论，强调了桩与土壤的共同承载。在施工过程中，桩暂时不会起作用，但是当托换完成后，地基在负荷下会下沉，桩土的变形达到平衡，这时桩就会立即参与承载。因桩体模量高于土体，应力集中于桩体，使其承载更多荷载，减轻地基土负担。随着沉降加剧，桩承载的荷载逐渐增加，直至最终全面承担所有荷载。

树根桩实际设计长度为18米，直径15厘米，内配3根Φ16主筋及46@300箍筋。为减少地坪开挖，浅埋基础采用增厚混凝土连接桩与基础，将树根桩钢筋与基础柱钢筋绑扎,深埋基础则通过桩顶扩径支撑于基础底面，如图3。最终，基础托换工作圆满完成。

 6结语

（1）树根桩施工便捷，环境影响较小，能有效将荷载传递至深层土体，增强地基承载力，尤其适用于浅层地基处理及现有建筑物的加固，展示出了其独特优势。

（2）树根桩的特点在于维持原有平衡状态，不对结构和地基土产生附加应力。压注水泥砂浆时，仅需压缩空气，在保证托换加固过程对结构安全，同时避免扰动地基土，不影响建筑物正常使用等方面，表现其安全可靠。

（3）通过压力灌浆，树根桩的表面变得更为粗糙，这大幅度提高了桩土之间的粘附力，进一步使得树根桩与地基土紧密结合，从而极大地提升了结构的整体性。

【参考文献】

【1】树根桩在建筑工程基础加固设计中的应用[J].宾帅,钟艳明,罗国强.工程建设,2024,56（08）.

【2】微型桩在软土地基加固工程中的应用[J].孙训海;佟建兴;杨新辉;罗鹏飞;杜世伟.岩土工程学报,2017(S2).

【3】新型微型桩群设计理论及抗滑机理研究[J].傅鹏辉;贺可强;张朋;王世通;信校阳.工程建设,2017(11).

【4】利用树根桩法对某方亭古建筑纠偏的技术应用.周桥.建筑技术开发,2020(09).