树根桩解决抗浮问题的具体应用

维普资讯 http://www.cqvip.com ２００８年７月第７期　城市道桥与防洪　防洪排水　７９　树根桩解决抗浮问题的具体应用　张雪梅，王　浩，曹　明　（天津市市政工程设计研究院，天津市３０００５１）　摘　要：该文介绍了树根桩解决抗浮问题的具体设计以及施工中采用沉管树根桩的施工工艺，该工艺与传统施工工艺相　比，具有一定的优越性。　关键词：树根桩；抗浮；单桩桩周摩阻力设计值；抗拔力；沉管树根桩　中图分类号：ＴＵ４７３．１　文献标识码：Ａ文章编号：１００９—７７１６（２００８）０７—００７９－０３　Ｏ　前言　厂共有二沉池ｌ０座。二沉池直径４５　ｍ，结构型式　为现浇无粘结预应力钢筋混凝土圆形水池，池壁厚　树根桩是二十世纪五十年代由意大利人首先　０．２５　ｍ，深５．４５　ｍ，其中地面以下部分深４．７５　ｍ。　提出并在实际工程中应用的，当时主要用于基础托　（２）地质概况　换工程，用垂直的、倾斜的小直径桩组成网状结构　按成因时代，该场地地基土从上到下可划分　的加固体，因其形状似“树根”而得名。随着世界各　为三层。　地房屋修缮扩建工程的增多以及城市市政工程的　ａ．填土层（Ｑｍ１）：厚约０．６～３．３０　ｍ，层底标高　发展，特别是１９７２年树根桩首批专利期满后，树根　一０．９０～０．８３　ｍ。场地西侧及中部原为农田地，表　桩在世界各国得到了迅速的推广和应用，近年来其　层为厚约０．５　ｍ的耕植土，其下为褐色粘性土，底　应用范围已拓展到边坡的稳定加固、地下工程的挡　部含灰黑色有机土。　土墙、高耸建筑物交替荷载基础、水池构筑物抗浮　ｂ．第１陆层（Ｑ２ａ１）：层顶埋深０．６～３．３０　ｍ，厚　基础、深基坑开挖的支护以及城市改、扩建工程的　约２－３—５．５０　ｍ，层底标高一２．０４—一４．７７　ｍ，以黄　基础加固中。本文主要介绍树根桩在解决天津市某　褐色～灰黄色粉质粘土为主，含云母、铁质、姜　污水处理厂二沉池抗浮问题的具体应用。　石，可塑状态，局部软塑、硬塑状态，中一高压缩　１　工程概况　性；层底局部分布有粉土薄层，灰黄色，含云母、　铁质、中压缩性。　（１）日处理量为４５万ｔ的天津市某污水处理　ｃ．第１海相层（Ｑ知）：层顶埋深３．５０～５．５０　ｍ，　收稿日期：２００７一ｌ２—２ｌ　厚约５．００～８．５０　ｍ，层底标高一８．０６—一ｌ０．６８　ｍ。　作者简介：张雪梅（１９６９一），女，天津人，高级工程师，从事给　可分为如下三个亚层：　排水结构设计工作。　③一１粘土亚层：主要分布在场区东部，以褐　专项和城市给水工程规划的协调尤为重要，协　调的内容主要包括城市用水量和城市排水量、　５　结语　水源地和城市排水受纳水体、水厂和污水处理　从规划建设和管理层面看，各种专项规划应　厂厂址、给水管道和排水管道的管位，如在预　在满足各自功能前提下，排水专项规划应与其余　测城市污水量规模时候应尽可能采用给水专　各种专项规划相互适应、综合协调、补充完善，使　项规划确定的用水量定额指标，同时结合《城　规划更趋合理、可行，减少和降低市政基础设施的　市排水工程规范规范》（ＧＢ　５０３１８—２０００）确定　费用。规划设计编制工作者在编制排水系统规划　的污水排放系数（一般在０．７～０．８之间）求　时，应注意协调城市道路、防洪排涝等专项系统规　得，根据相关经验，该预测方法得到的污水量　划，建立一个有效互动的反馈机制，提高排水规划　规模与实际偏差较小。因为一般自来水公司通　设计水平和质量，确保各种规划之间的一致性。　常都有较全的用户用水记录数据，其规划的给　水定额指标与实际偏差较小。此外，排水工程　参考文献　规划的污水出口必须与给水专项规划的水源　［１ｌＮ萍．给水排水专项规划编制中若干问题的探讨ｆＪ】．城市规划，　２００６，３０（３）．　地相协调，以确保城市供水水源地的安全卫　【２】福州市规划设计研究院．福州市排水专项规划［Ｚ１．２００１．　生。　［３１￣０华人民共和国建设部．城市规划编制办法实施细则【Ｍ】．１９９５．　维普资讯 http://www.cqvip.com ８０　防洪排水　城市道桥与防洪　２００８年７月第７期　灰色粘土为主，夹粉质粘土透镜体，有层理，孑Ｌ隙　比较大，可达０．８５—１．５５，可塑一软塑状态，中一　高压缩性；本层土厚约１．００～６．５０　ｍ，层顶埋深　４．５０—７．５０　ｒｌｆ，层顶标高一２．９８—一４．７７　ｍ，层底埋　深一５．２３—一９．７１　ｒｎ，层底标高一５．２３—一９．７１　ｍ，底　板起伏较大　在该层低洼部位有淤泥质土存在，流　塑状态，高压缩性。　③一２粉土亚层：以灰色粉土为主，主要分布　在场地的西部和东部局部地段，含云母、背壳、有　机质，稍密　中密状态，中压缩性，局部低压缩　性。　③一３粘土亚层：以灰色粉质粘土为主，夹粘　土、粉土透镜体，场地中普遍分布，含云母、背壳、　有机质，软塑状态，局部可塑、流塑状态，中压缩　性。　地基土层承载力特征值见表１。　表１　地基土层承载力特征值　承载，并且施工周期长，桩径大，造价较高，显然　是不经济的。　如果采用树根桩抗浮，由于该桩桩径小，属于　柔性桩，采用压浆工艺施工，桩周的摩阻力大，并　且池体仍由天然地基承载，显然是经济可行的。根　据以往的工程经验，树根桩的优势体现如下：　（１）施工设备简单，尤其适宜在大型设备难以　施工的软土地基中应用。　（２）施工速度快，在工程中每台钻机每天可施　工树根桩５～７根。　（３）造价低（由于在施工中减免了混凝土搅拌　和运输等环节），经成本分析，树根桩的单桩成本　低廉。　（４）施工工艺简单，便于操作。　（５）树根桩桩径较小，与较大桩径且混凝土体　积相同的桩相比，树根桩的桩周摩阻力较大。　经对上述地基加固方案比较论证后，决定采　用直径为２５０　ｍｍ的树根桩加固地基，以满足二　沉池在空载时的抗浮要求。　３　结构计算　树根桩的单桩桩周摩阻力设计值一般应由现　（注：抗浮水位按埋深１．０　ｍ考虑。）　场静载荷试验确定。当无试验资料时，可按摩擦桩　设计：　１　２方案选择　在运行期间，二沉池自重３０　７８０　ｋＮ，水重　７１　５７０　ｋＮ，根据地质报告提供的场地天然地基　＝　（１）　式中，　一单桩桩周摩阻力设计值（ｋＮ）；　一土层的承载力标准值为：１２０　ｋＰａ，满足设计要　承载力分项系数取２．０；　桩截面的周长（ｍ），本工程设计桩的周　长为：　＝竹Ｘ　０．２５；　求。空载时，根据地质报告经计算池体所受浮力　为５８　０００　ｋＮ，必须采取抗浮措施。通常构筑物采　用的抗浮措施有：配重混凝土抗浮、土层锚杆抗　浮、桩体抗浮、反滤层抗浮等。　结合本工程情况若采用配重抗浮，需要配重　混凝土１　２１０　ｍ　，配重量大不经济。　如果采用土层锚杆抗浮，锚杆在受抗拔力时，　锚固钢筋的砂浆保护层容易开裂，由于该场地地　一．磊一第１层土层极限摩阻力标准值（ｋＰａ），见　表２；　ｆｌ一第１层土层中的桩长度（ｍ），本工程设计　桩长为１１　ｍ。　表２　结合本工程的地质情况　下水对混凝土中的钢筋有侵蚀现象，锚杆钢筋很　容易锈蚀失效。　如果采用反滤层抗浮，该方法虽然经济但池　体设备检修时需要观察地下水位，如超过抗浮水　位需要采取措施降低地下水，给运行单位带来麻　烦，对于安全等级为二级，使用年限为５０　ａ的构　筑物是不适合的。　如果采用一般灌注桩抗浮，从地质资料分析，　该厂区地基承载力在１２０　ｋＰａ以上，已满足二沉　池地基承载力要求，采用灌注桩抗浮还需要桩体　根据《建筑桩基技术规范》，单桩桩周摩阻力　设计值为：　＝霄×０．２５×（４５×１．４５＋４０　ｘ３＋３５　Ｘ　３＋４０　Ｘ　３．５５）／２＝１６９　ｋＮ。　二沉池需要由树根桩提供的抗拔力为３０　１２０　ｋＮ，　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００８年７月第７期／　城市道桥与防洪　防洪排水　８１　单桩桩周摩阻力设计值１６９　ｋＮ，所以设计所需树　（３）由于无泥浆置换过程，成桩混凝土质量较好。　根桩的根数为：３０　１２０／ｌ６９＝１７９。　（４）节省水泥浆用量。　单根桩的抗拉钢筋面积为：１６９　０００１２１０＝　（５）骨料在钢管震动作用下非常密实（骨料用　８０４　ｍｍ２。　量与理论成桩体积基本一致），成桩混凝土的密实　在本工程中实际采用树根桩桩径为２５０　ｍｍ，　性好。　桩长ｌ１　ｍ，桩间距３　ｍ，呈正方形满堂布置，树根　（６）传统钻孑Ｌ工艺流程为：钻孔、泥浆护壁——　桩的根数为：１９８根。主筋为６　１４，箍筋为　钻ｔＬＮ位一次清孔——吊放钢筋笼、注浆管——　６＠２００。　填灌石料——二次清孔——注浆——注浆及桩头　４施工工艺　补浆——成桩。　沉管树根桩施工工艺过程更为简便，施工周　传统的树根桩施工过程中需要制造护壁泥　期短。　浆、清孔和泥浆置换，而在泥浆置换过程中容易造　（７）由于采用压力注浆，桩身周围的土体中渗　成施工场地的大面积泥浆污染，且易发生坍孔和　入了大量的水泥浆，单桩抗拔力数值有所提高。　缩颈现象，施工工期较长。结合本工程的地质情况　是以粉质粘土和粘土为主的特点，若采用钻孑Ｌ成　５　结语　孔的工艺，很容易发生缩颈现象，进而影响成桩质　从树根桩的设计到施工及抗拔承载力试验　量。在分析传统树根桩钻孔成孔施工工艺的缺点　的过程和结果来看，树根桩具有较好的抗拔作　并结合本工程的特点，确定采用沉管抗浮树根桩　用，在天津地区解决工程中的抗浮问题是可行　的施工工艺。　的。但在施工工艺上还应进一步完善，以解决工　沉管树根桩的施工工艺为：振锤振动钢管成　程中存在的一些实际问题。比如：树根桩桩体不　孔一吊放钢筋笼一先注浆后填灌石料＿＋最后一次补　饱满是质量上的最大隐患，它将造成桩体内的钢　浆　成桩。注浆液采用纯水泥浆，水泥浆水灰比定为　筋逐步被地下水腐蚀而发生断裂，从而使树根桩　０．４～０．５，并掺入适量的减水剂。注浆时的起始压力　失去抗浮作用。因此，施工过程中必须解决桩体　约为１　ＭＰａ，持续１０　ｓ后，接着以０．３～０．５　ＭＰａ的压　的密实度问题，适当调整并降低水灰比，控制浆　力促使水泥浆液上冒，直至泛出孑Ｌ口为止。注浆过　液的流失，加强桩体浆液的补给与控制，从而使　程中要注意根据石料下沉而及时补充石料，将钢　桩体组成材料之间紧密结合，提高桩体混凝土强　管完全提出地面后在桩顶填充碎石并补注水泥　度，杜绝钢筋被腐蚀的现象发生，保证树根桩桩　浆。由于桩管对周围土体的挤压作用，增加了桩身　体的质量。　的侧压力。在摩阻力系数一定的情况下，摩擦更　树根桩在天津污水处理厂二沉池设计中的成　大，即单桩抗拔力更大。同时采用压力注浆，桩身　功应用，积累了一定的经验，可供类似工程参考。　周围的土体中渗人大量的水泥浆，单桩抗拔力又　有所提高。　参考文献　与钻孔成孑Ｌ工艺相比较，沉管成孔工艺的施　【ｌ】顾晓鲁，钱鸿缙，刘惠珊．地基与基础（第二版）【Ｍ】．北京：中国建　工工艺的优点如下：　筑工业出版社，１９９３．　（１）施工过程中无清孔和泥浆置换过程，施工　【２】刘景政，杨素春，钟东波．地基处理与实例分析【Ｍ】．北京：中国建　场地干净、整洁。　筑工业出版社。１９９８．　【３】上海市政工程设计院，等．给水排水工程结构设计手册［Ｍ】．北　（２）桩孔不会发生坍孔和缩颈现象。　京：中国建筑工业出版社，１９８４．