树根桩在基础托换中的应用

摘要：树根桩是一种小直径就地钻孔灌注钢筋混凝土桩,是一种迅速发展的新技术。由于具有设备简单、施工简便、无公害、价格低廉的优点,已广泛用于基础整治加固、建筑物纠偏。通过工程实例，对树根桩法在既有建筑基础加固中的应用进行详细阐述，并提出在应用时应该注意的一些问题。

关键词：树根桩；基础托换；地基加固

Abstract: root pile is a kind of small diameter in cast-in-place reinforced concrete pile, is a new technology developed rapidly. Because has the advantages of simple equipment, easy construction, no pollution, low price, has been widely used in foundation strengthening treatment, rectification of buildings. Through the project example, the root pile method applied on building foundation reinforcement in detail, and presents some problems should be paid attention to in the application.

Keywords: root pile foundation underpinning; foundation reinforcement;

中图分类号：S789.3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

地基托换（Underpinning,亦称既有建筑地基基础加固）是指解决对既有建筑的地基需要处理、基础需要加固、既有建筑物的改建、增层、纠倾（纠偏）和移位（迁移）；或解决对既有建筑物基础下需要修建地下工程，其中包括地下铁道要穿越既有建筑物（Undercrossing）；或解决既有建筑物因临近需要新建工程而影响到既有建筑物的安全等问题的技术加固总称，凡进行托换技术的工程总称为托换工程。

树根桩（Root Piles）作为一种上世纪九十年代兴起的新型基础形式，经过十余年工程考验，在基础加固、基础托换、旧房改造、增层和工程扩建等领域得到越来越广泛的应用。

1.树根桩的优点[1] [2] [3]

树根桩直径通常为100～300mm，国外是在钢套管的导向下用旋转法钻进，在托换工程中使用时，往往要钻穿既有建筑物的基础进入地基土中直至设计标高，清空后下放钢筋（钢筋数量从1根到数根，视桩径而定）；同时放入注浆管，再用压力注入水泥浆或水泥砂浆而成桩。国内绝大多数地区施工时都是不带套管的。根据设计需要，树根桩可以是垂直的或倾斜的；也可以是单根的或成排的；可以是端承桩，也可以是摩擦桩。

树根桩具有很多于众不同的特点，采用其进行基础托换工程是的优点主要有以下几点：

(1) 由于使用小型钻机，故所需施工场地较小，只有平面尺寸1m×1.5m和净空高度2.5m即可施工；

(2)施工时噪声小，机具操作时振动也小，不会给原有结构物的稳定带来任何危险，对已损坏而又需要托换的建筑物比较安全，即使在不稳定的地基中也可以进行施工；

(3)施工时因桩孔很小，故而对墙身和地基土都不产生任何次应力，仅仅是在灌注水泥砂浆时使用了压力不大的压缩空气，所以托换加固时不存在对墙身有危险；也不扰动地基土和干扰建筑物的正常工作情况；

(4)所有施工操作都可以在地面上进行，因此施工比较方便；

(5)压力灌浆使桩的外表面比较粗糙，使桩和土之间的附着力增加，从而使树根桩与地基土紧密结合，使桩和地基（甚至和墙身）连接成一体，因而经树根桩加固后，结构整体性得到大幅改善；

(6)树根桩可以适用于碎石土、砂土、粉土、黏性土、湿陷性黄土和岩石等各类地基土；

(7)由于在地基的原位置上进行加固，竣工后的加固题不会损伤原有建筑的外貌和风格，这对遵守古建筑的修复要求的基本原则尤为重要。

2.树根桩的施工工艺及注意事项[4] [5] [6] [7] [8]

2.1 施工方法

2.1.1 施工机械的选择

树根桩的成孔方法很多，有旋转、冲击钻进，泥浆护壁套管跟进，也有采用

人工洛阳铲成孔。国内较为常用的系由工程地质钻机或采矿钻机改造而成的钻孔

机械。根据施工设计要求、钻孔孔径大小和场地施工条件选择钻机机型，一般对斜桩可选择任意调整主轴角度的油压岩心回转钻机。通常螺旋钻杆叶片外径为150-250mm,螺距与叶片外径比通常为0.70左右。

在混凝土基础上钻进开孔时可采用牙轮钻头、合金钢钻头或钢粒钻头；在软粘土中钻进可选用合金肋骨式钻头，使岩芯管与孔壁间增大一级环状间隙，防止软粘土缩径造成卡钻事故。

钻机就位后，按照施工设计的钻孔倾角和方位，调整钻机的方向和立轴的角度，安装机械设备要求牢固和平衡；桩位偏差控制在20mm内，直桩的垂直偏差应不超过1%；对斜桩的倾斜度应按设计要求作相应的调整。

2.1.2 施工工艺

树根桩成孔钻进分干钻和湿钻二种，干钻法采用压缩空气冷却钻头和排渣，施工设备较为复杂，国内使用较少。目前国内主要采用湿钻法成孔，即在钻进过程中，通过水或泥浆的循环，在冷却钻、排除渣土的同时，使水同泥土搅拌混合成泥浆，起护壁的作用。树根桩直径一般较小，因此实际工程中大都采用正循环钻进法施工。

垂直桩和斜桩施工工艺略有不同。垂直桩的施工工艺为：钻孔，下钢筋笼，下注浆管，投入石料，压力注浆。斜桩的施工工艺为：随钻孔延深，外层护壁套管相应延深护壁，下钢筋杆或钢丝索，下注浆管，注浆，起拔套管。

3. 工程实例[9]

3.1工程和地质概况

某轧钢厂是一座始建于上世纪50年代、扩建于1960年的老厂房。其中中小

型精整车间为每跨均为27m的三跨单层工业厂房。厂房上部结构为钢筋混凝土吊

车梁或钢吊车梁，12-18m的钢筋混凝土托架及27m的预应力钢筋混凝土梯形屋

架，1.5m X 6m大型屋面板，少部分为钢柱、钢托架及钢屋面板，钢筋混凝土单

独基础、基础底面积为4m X 6m-2.5m X 5m不等，柱基埋深为2.9-3.4m。厂房

每跨中均有4-8台15t的重级工作制桥式吊车。由于第33轴线至第36轴线部分

柱基位于厚薄不匀的人工填土层上，地基又未经处理，致使地基产生不均匀沉

降，而且长期不能稳定，导致重级工作制天车运行困难，托架节点及屋架上下弦

均出现多道裂缝，柱间支撑压曲或拉断，成为该厂生产运行中的重大隐患，必须

予以加固修复。

加固前对场地的勘探表明，场地系由第四纪冲洪积层组成;为河道早期冲积

的及山涧冲刷携带下来的粘性土及许多连续或不连续呈透镜体状的砂砾及卵石夹层，场地自上而下各土层分别为:

（1）1.8～4.0m厚的人工杂填土，主要由粘性土组成，松软且不均匀，压缩性极大；

（2）5.7～6.6m厚的软塑一流塑状粉土，呈黄褐色，局部含粉细砂、饱和，灵敏度高，平均标准贯人击数N63.5为2.3击，地基承载力标准值为90kPa。

（3）11.0～12.Om厚的可塑~硬塑状粉土，呈黄褐色─红褐色、饱和、含铁锰质黑斑及姜结石，压缩性中等偏低，平均标准贯人击数N63.5为11.5击，地基承载力标准值为200kPa。

（4）在28m-30m深度以下为砂、砾石层，混少量卵石，夹粉土薄层，处于中密状态。地下水位稳定深度为-2.8m.

3.2地基加固方案

由于该轧钢厂中小型精整车间部分下沉柱基如AA-33, bA-33以及BA-33

的基础台阶上有两根直径为300mm的上水管通过，无法进行基础顶升，因此决定

和其余八个柱基AA-34, AA-35, AA-36, bA-36, BA-36, EA-34, EA-35, EA-37共11个柱基采用树根桩进行加固。

树根桩设置的数量根据各柱基承受荷载的大小而定，多则16根，少则6根，

桩体的布置要求桩群重心与原柱基重心基本吻合，不致产生过大附加弯矩。桩的布置形式见图4.5，桩长18m，桩径150mm，采用三角形钢筋笼，纵向主筋为3根Φ14mm螺纹钢，箍筋为Φ6mm，间距250mm，以XJ-100型百米油压钻机成孔。

图4. 5树根桩布置图

树根桩平面布置:(b)树根桩布筋示意

钻孔不加套管护壁，采用泥浆循环护壁。当钻孔达到设计深度后，压水进行

洗孔，待泛出的水变清为止，然后下钢筋笼、注浆管并填人粒径5～15mm石子至充满为止。石子填满后继续压水清洗。注浆采用UB3型灰浆泵，注浆压力可达

1.5MPa。水泥浆水灰比控制在0.5～0.6之间。注浆到水泥浆从孔口泛出为止，一般每孔注入水泥量约400～500kg，个别孔达900kg，表明基底局部有空洞。

3.3加固效果

在施工结束后，在施工现场进行了不同长度树根桩竖向抗压及抗拔承载力试验。试桩共作8根，其中7根为抗压试验，桩长为12m, 15m, 18m, 21m不等，另外1根为抗拔试验，桩长21m。在桩身不同深度处埋设电阻应变片及混凝土应变计以测定桩身应力，桩端埋压力盒以测定桩端反力。由于采用的水泥为矿渣水泥，而试验加载前的养护龄期较短(18-26天)，因此试验加压时，均为桩身混凝土强度破坏，纵向钢筋压曲，桩身下部的电阻片及混凝土应变计反映出的桩身应变均较小，桩端压力盒也没有多少反映，表明桩身摩阻力尚未充分发挥。根据按相对沉降量:=0.03d的标准确定的单桩竖向承载力标准值为140kN，单桩抗拔承载力标准值为125kN。由于矿渣水泥早期强度低而晚期强度高，随着时间增长，可以预计单桩承载力还将有所提高[[32]。抗拔试验时，单桩极限抗拔力225kN,最后纵向钢筋屈服被拉断，桩身未拔出，表明桩身与土层之间摩阻力远未充分发挥。

经树根桩加固后，柱基沉降迅速稳定，有效地制止了地基的继续沉降。地基加固竣工后，试车畅通投产，后经多年使用，一直正常。由于树根桩具有扰动性小，施工进度快，造价较低等优点，在老厂改扩建中显示出良好的经济技术效益。

4. 总结

众多工程实践证明，树根桩在其应用领域中发挥着显著的作用，在解决某些

工程加固难题中，采用树根桩进行加固是一种行之有效的技术方法。不过至今为止对树根桩的研究还不够深入，存在许多值得探讨的问题：

(1)迄今为止，对桩与同作用的特性还没有深入的了解，国外都是根据

本国经验而考虑的。

(2)树根桩的设计计算是一个十分复杂的问题，特别是网状结构树根桩的设

计计算，直至今天，仍未能提出很好考虑各种影响因素的设计计算方法。

(3)斜桩的承载力和变形有待进一步研究。

(4)桩径、桩距、桩数、布置方式等参数皆是根据实践经验而定，还未形成

系统的设计方法。

(5)施工机具还应做些改进，要向自动化的方向发展。

这些问题的解决，将为树根桩的发展开辟更加广阔的应用前景。我们应不断通过工程实践和科学试验研究、总结，不断完善设计计算理论，这样将更有力地推广树根桩的应用，让树根柱加固技术更科学、更经济及更安全。

参考文献

[1] GB50007-2002((建筑地基基础设计规范》

[2] 叶书麟，韩杰.托换技术综述.第三届地基处理学术讨论会论文集.杭州.浙江大学出版社.1992.

[3] JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》

[4]《地基处理手册》(第二版)编写委员会.地基处理手册(第二版).北京.中国建筑工业出版社.2000.

[5] 赵明华主编.王贻荪主审.土力学与基础工程.武汉.武汉工业大学出版社.2000.

[6] 孙少锐,吴继敏,魏继红,等.树根桩加固边坡的稳定性分析与评价[J].岩石力学,2003(5)

[7] 刘祖德等.地基应力解除法纠偏处理的基本原理和工程实践效果.第六届全国土力学及基础工程学术会议论文集.上海:同济大学出版社，1991:657～660

[8] 树根桩在基坑围护和临近建筑物保护中的应用.上海市政，2001, 136 (6).

[9] 熊路明。采用树根桩托换技术对厂房地基基础的加固.岩土工程界，2005年，

第10期:47～48