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Φ100—300mm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40～60mm，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5～25mm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=0.45～0.50：1，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0.3～0.5Mpa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。

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150～200KN的振动沉管，桩管沉入深度一般为15～20米，桩管外径为220～325mm，桩管壁厚为6～12.5mm。

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60—90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30—40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：
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×(2090×11+3591×12)=6294310.5(元)
沉管工艺实际所用资金：
90×（2090×11+3591×12）=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。