树根桩在既有建筑基础加固中的应用

吴毅勇

摘要：本文介绍了在已有建筑物发生倾斜时，通过实例采用勘查手段查明发生倾斜的原因，根据已有建筑物的基础情况选择合理的基础加固方法。该案例采用树根桩对既有建筑物的基础进行加固，经过基础加固的设计、施工，最终达到理想处理效果。

关键词：已建建筑物；倾斜；基础加固；树根桩

该已建建筑物占地面积约12.0m2×9.0m2，设计楼高6层，要求设计地基承载力特征值为150KPa，主体结构已施工完成2年，目前出现不均匀沉降，向东南侧发生倾斜，倾斜变形（基础倾斜方向两端点的沉降差（15cm）与其距离的比值）为0.01，而按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）建筑物的地基变形允许值多层建筑整体倾斜Hg≤24m为0.004，倾斜变形超出允许值2.5倍。

1. 地基基础情况

为查明建筑物产生倾斜的原因，受业主的委托，沿建筑物周边的场地进行钻探，在建筑物周边共布置了4个钻孔，钻孔深度均要求钻至岩面。

经钻探揭露：第一层为人工填土及耕土，厚度0.60m～2.00m。第二层为粉质黏土，分布于ZK2、ZK4孔中，埋深0.80m～2.00m，厚度1.00m～1.40m，qs=10kPa，承载力为120kPa。第三层为淤泥质土，分布于ZK1、ZK2，埋深1.50m～2.20m，其厚度为0.50m～1.30m，qs=6kPa，承载力为30kPa。第四层为粉砂，分布于ZK1，埋深2.00m，厚度3.40m，qs=10kPa，承载力为80kPa。第五层为含黏性土粗砂，4个孔均分布，埋深0.60m～5.40m，厚度0.50m～7.90m，qs=20kPa，承载力150kPa。第六层为粉质黏土，分布于ZK1、ZK2、ZK4孔，埋深4.00m～7.00m，厚度1.30m～3.00m，qs=25kPa，承载力160kPa。第七层为含黏性土粗砂，分布于ZK1、ZK2、ZK4孔，埋深6.90m～9.60m，厚度0.40m～1.00m，qs=20kPa，承载力160kPa。第八层为残积层，4个孔均分布，埋深7.90m～10.00m，厚度1.60m～3.70m，qs=25kPa，承载力160kPa。（见建筑物钻孔布置平面图图1和工程地质剖面图图2）。

2. 建筑物产生倾斜原因

该建筑物基础采用条形基础（详见基础平面图3），基础埋深2.00m，可以看出基础埋置于不同的地基土上（ZK1在弱软的粉砂层、ZK2在弱较的淤泥质土、ZK3、ZK4在含黏性土粗砂上），为不均匀地基。北侧（ZK3、ZK4孔）持力层为第五层含黏性土粗砂，其承载力达到150kPa，可以满足上部荷载的要求，南侧（ZK1、ZK2孔）基础下面存在淤泥质土和粉砂等软弱土，其地基承载力小于120KPa，所以出现了房屋向东南倾斜，产生不均匀沉降。

从以上情况分析，产生房屋出现倾斜、不均匀沉降的原因是由于地基中存在淤泥质土等软弱土所致。

3. 基础加固方法的选择

对于已有建筑物地基基础加固方法有很多种：基础灌（注）浆加固、加大基底面积法、基础减压和加强刚度法、锚杆静压桩法、树根桩法等。各加固方法比选如下。

3.1 灌（注）浆加固法：由于淤泥质土的渗透性差，在灌（注）浆加固时会在浆体凝固之前加速建筑物沉降，处理效果不能达到加固要求。

3.2 基础减压和加强刚度法，由于室内外基本没有外加的压力，基础减压实现不了。要增加纵、横向的基础梁的空间刚度也比较难，加强刚度法也实现不了。

3.3 静压桩法，由于机械设备宠大，没有足够空间施工操作，不适合该已有建筑物的地基加固。

3.4 树根桩法可以加大基础底面积以及基础深度，且树根桩具有以下优点：

3.4.1 由于使用小型钻机，所需施工场地小，原基础不受干扰；

3.4.2 适用于淤泥、淤泥质土、黏性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等地基处理。

3.4.3 施工时因桩孔很小，故对墙身和地基土都不产生任何附加应力，不改变建筑物原来力的平衡状态。

3.4.4 施工时噪声小，振动也小，不会给原有结构物的稳定带来任何危险。

故选择采用树根桩法，在既有建筑物产生沉降的地段条形基础的外缘进行布置，然后加宽基础，以达到降低不均匀沉降要求。

4. 树根桩的设计

采用Φ50mm的树根桩，沿既有建筑物产生沉降地段条形基础的纵向和横向侧边布置（见图4），原基础宽度分别为2.00m、2.50m、2.00m，原基础长度均为13.00m，通过树根桩使纵向加宽至3.00m，横向加长14.00m，按ZK1、ZK2的地层情况计算，单桩承载力特征值可达300KN。树根桩与条形基础连成一体，以达到控制不均匀沉降，共布置28根桩。

4.1 树根桩为小型钻孔桩，其单桩竖向承载力除按地基岩土条件确定外，桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。

树根桩单桩竖向承载力可按地基岩土条件的计算公式：

4.2按桩身强度验算单桩承载力：桩身砼强度采用C15，桩身强度桩的承载力设计值为：R=0.7fcAp……（2）

式中：fc=7.5Mpa，Ap=0.0962m2

计算得R=505.1KN。

综合上述（1）、（2）公式计算结果，若树根桩钻至岩面计算，其单桩承载力可达到300KN以上，完全能满足设计要求。

5. 树根桩的施工工艺

5.1 钻机和钻头的选择、钻机定位

根据场地施工条件和树根桩大小，选用100型钻机回转钻进，钻头采用Φ350mm羽翼合金钻头。

钻机定位后，桩径偏差控制在20mm以内，其垂直度不超过1%。

5.2 成孔

钻机成孔时，钻机压力为1.5Mpa～2.5Mpa，配套供水压力为0.1Mpa～0.3Mpa，钻机转速一般为200r/min，钻进中用泥浆护壁。

5.3 清孔

用清水注入孔内，排除钻进过程中循环用的浓泥浆及岩土渣，直至返出孔内的泥浆与注入泥浆接近为止。

5.4 埋设注浆管

放置注浆管到桩孔深底部。

5.5 填灌骨料

投放1～3粒径的碎石，填灌前石料经过清洗保持一定湿度，计量后缓慢投放入孔内，并轻摇注浆管，促使石料下沉或密实，直到灌满桩孔，在填灌过程中始终利用注浆灌管注入清水，直至孔口返出清水为止。

5.6 注浆

浆液采用纯水泥浆，水泥PC·32.5R普硅水泥，水灰比为0.5～0.6，灌浆压力为0.3Mpa～0.5Mpa，从开始注浆时起，对注浆管进行不定时上下松动，在注浆结束后上拔注浆管，每拔1.00m补浆一次，直至拔出为止。当注浆达到额定注浆量时停止注浆。

6. 结束语

在探明既有建筑物产生不均匀沉降基础上，通过加固方法比选，最终确定采用树根桩对既有建筑物基础进行加固，在加固过程中既有建筑物未产生继续倾斜和继续沉降现象，目前处于正常使用状态，并得到业主一致好评。

参考文献：

[1] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）.

[2] 《地基处理手册》（第三版）龚晓南主编，中国建筑工业出版社， 2008.

[3] 《地基与基础》（第三版）顾晓鲁、钱鸿缙、刘惠珊、汪时敏主编，中 国建筑工业出版社，2003.

[4] 《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）.

[5] 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）.

[6] 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）；

[7] 广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）.