樹根樁在金井灌區新曉年渡槽基礎處理中的成功運用

謝潮芳　王滿林

（長沙縣水務局　　長沙縣　410100）

樹根樁在金井灌區新曉年渡槽基礎處理中的成功運用

謝潮芳王滿林

（長沙縣水務局長沙縣410100）

長沙縣新曉年渡槽重建工程位于長沙縣金井鎮金龍村，為金井灌區主干渠樁號3+ 985——4+075的一處輸水建筑物，因重建渡槽基礎所在區域原址為河道，后填土形成，地下水豐富，砂質層遇水承載力差，1#墩開挖至3m，見砂層，開挖至5m，滲水嚴重，邊坡垮塌。通過樹根樁在基礎處理中的應用，很好地解決了渡槽基礎承載力差、基坑滲漏、開挖邊坡穩定問題。

新曉年渡槽基礎處理樹根樁應用

1 工程現狀

1.1工程概況

新曉年渡槽為金井灌區主干渠樁號3+985--4+ 075的建筑物，位于長沙縣金井鎮金龍村村級公路旁，交通方便。本次重建新曉年渡槽，設計全長90 m，底寬1.2m，側墻高1.8m，縱坡比為1/1000，共9跨，每跨長10m，跨與跨間設置伸縮縫，側墻、底板均采用C25混凝土襯砌。

原渡槽結構較為簡單，地質勘測共鉆5個麻花鉆孔，分別為M1、M2、M3、M4、M5，具體數值詳見圖1。渡槽地基：上部土層厚度（4.2～5.2）m，土層承載力（160～180）kPa，下部為花崗巖風化砂，承載力260 kPa。

圖1　原渡槽結構

1.2存在問題

渡槽基礎施工過程中，實際地質情況與設計地質情況有出入，各方代表現場查看，原渡槽基礎所在區域，原址為河道，后填土形成，地下水豐富，砂質層遇水承載力差，1#墩開挖至3m，見砂層，開挖至5m，滲水嚴重，邊坡垮塌。圖2為1#墩現場開挖圖，圖3為1#墩幾天后基坑圖。

圖2　1#墩現場開挖圖

圖3　1#墩幾天后基坑圖

原地勘采用麻花鉆鉆孔，最深5.2m到達基巖，實際開挖至5m左右，再往內打入一根3m的鋼管，能較容易打入基坑，實際（7～8）m未能到達巖基，經業主建議，設計方復核地勘資料，提出基礎解決方案。

2 工程地質

2.1地質分析及現場處理措施

設計方對原麻花鉆地質情況與實際地質誤差大的分析及處理措施如下：

麻花鉆鉆孔區別于沖擊鉆鉆孔，麻花鉆采用手搖式，取芯量少，誤差較大，深度有限。不能鉆進砂礫石層，且不能取巖層芯樣。

設計方組織地質勘測隊重新對渡槽基礎進行勘測，共鉆4個鉆孔，分別位于1#墩旁，3號墩旁，5#墩旁，7#墩旁，鉆孔目測所得地質參數為（2.2～2.3）m見砂層，3.2m見灰色粘土層，（5.2～6.5）m見強風化巖層，9.5m見基巖。見圖4。

圖4　渡槽基礎地質勘測

經過對比分析，原麻花鉆由于受深度及取樣量等方面的局限存在一定的誤差，現經再次鉆孔地質情況顯示，相差約1m，由于未出地質文本以及詳細的地質分析，未對強風化砂質巖層進行處理，實際開挖過程中，由于采用機械開挖，對原有土層及巖層擾動較大，且滲水嚴重，砂質巖遇水變散，承載力達不到設計要求。

2.2補充工程地質

工程區地層巖性較簡單，由老至新分述如下：

（1）燕山晚期第一次（γ53a）：灰白色二云母花崗巖。上部全風化帶厚度（3～4）m，呈灰色、灰白色，風化呈砂狀，尚可見巖石結構；強風化帶厚度（5～6）m，呈灰白色。該層在工程區廣泛分布，兩岸山坡有全風化砂出露。

（2）第四系殘坡積（Qedl）：為灰黃色、灰色的粘土質砂、粉質粘土等，厚度（4.5～5.5）m。主要分布于耕田及山坡。

（3）第四系人工堆積（Qs）：素填土。為施工期人工填筑的含粘土碎塊石，灰黃色、黃紅色。填筑較密實。

工程區地下水類型為松散土體的孔隙水。賦存于第四系松散堆積層中，接受大氣降水與地表水補給，水量較貧乏。勘探期間，地下水位埋深（0.8～1.5）m。

2.3主要工程地質問題

工程區存在的主要工程地質問題有基坑滲漏問題和開挖邊坡穩定問題：

（1）基坑滲漏：由于地下水位埋藏較淺，在基坑施工過程中，存在地表水和地下水經基坑壁向基坑滲漏問題，施工過程中應做好基坑排水、基坑防滲處理。

（2）開挖邊坡穩定問題：由于地基土上部的粉質粘土、粘土質砂等結構較松散，在施工開挖過程中，存在邊坡穩定問題，施工過程中應做好臨時邊坡支護處理。

附表為各巖土層開挖坡比和有關樁基礎技術參數。

2.4巖土工程性能評價及基礎持力層選擇

（1）粉質粘土：強度較低、壓縮性高，不能作為擬建建筑物的天然地基持力層。

附表　　各巖土層開挖坡比和有關樁基礎技術參數　kPa

（2）粘土質砂：其強度較低、壓縮性較高，遇水及攪動后力學強度顯著降低，不能作為擬建建筑物的天然地基持力層。

（3）全風化二云母花崗巖：風化呈砂狀，稍有膠結，尚見巖石結構，但遇水及攪動后力學強度顯著降低，不宜作為擬建建筑物的天然地基持力層。

（4）強風化二云母花崗巖：力學性能較好，承載力較高，可作為擬建建筑物的天然地基持力層或樁基礎持力層。

根據各巖土層厚度及工程性能，建議渡槽排架采用樁基，以強風化二云母花崗巖作為樁基持力層。

3 工程措施

3.1基礎處理措施

本工程因地下水豐富，基礎為砂質及粉質粘土地質層，不適合大面積開挖，以及灌漿處理，根據地質分析情況，宜采用樁基礎處理，并詳細對比松木樁以及樹根樁基處理措施。

松木樁基礎：松木含有豐富的松脂，而松脂能很好地防止地下水和細菌對其的腐蝕，有“水浸萬年松”，直徑（Φ150～Φ350），一般長度（3～6）m。當長度過長時，施工以及運輸不便，造價過高。

混凝土樁基礎：原理類似松木樁基礎，分為預制砼樁以及現澆鋼筋混凝土樁。預制混凝土樁在運輸以及施工過程中均存在一定難度。現澆鋼筋混凝土樁較易施工，機械鉆孔，扎鋼筋籠，以及灌漿等相對施工難度不大，尤以樹根樁托換地基加固應用較廣，因采用壓力灌漿，對樁間軟弱土起到一定的加固作用。

3.2樹根樁托換地基加固

3.2.1樹根樁的特點

樹根樁是一種小型鉆孔灌注樁，直徑為（130～300）mm，樁長（5～25）m。它是利用小型鉆機按設計直徑，鉆進至設計深度，然后放入鋼筋籠，同時放入灌漿管，注入水泥漿或水泥砂漿，結合碎石骨料成樁。樹根樁可以根據需要做成垂直的，也可以是傾斜的；可以是單根的，也可以是成束的；可以是端承樁，也可以是摩擦樁。

（1）樹根樁托換地基加固的特點：樹根樁是在地基中設置的小直徑（Φ110～Φ300）的就地鉆孔樁，實際上是對地基進行樁基托換，因采用壓力灌漿，對樁間軟弱土起到一定的加固作用。其所需施工場地小，振動小，對已損壞需托換的建筑物比較安全，費用低。

（2）樹根樁施工工藝：測量定位、標高控制→護筒的埋設與校正→鉆機就位、成孔、清孔→鋼筋籠的制作與安放→填卵石料、注漿。

3.2.2樹根樁設計參數確定

樹根樁嚴格依據《建筑樁基技施規范》（JGJ94-2008）設計并施工，本次基樁的承載力性狀為端承型樁，按成樁方法為非擠土樁，設計直徑為Φ300mm，為中等直徑樁，基樁的最小中心距依據規范表3.3.3-1，當為端承型樁時，非擠土灌注樁可取2.5d（750mm）；對于嵌入傾斜的完整和較完整巖的全斷面深度不宜小于0.4d且不小于0.5m，取基礎嵌入強風化層以下0.5m。

箍筋應采用螺旋式，樁頂以下5d范圍內的箍筋應加密，間距不應大于100mm，當鋼筋籠長度超過4m時，每隔2m設一道直徑不小于12mm的焊接加筋鋼筋。

樁孔混凝土標號為C25，灌注樁主筋鋼筋保護層35mm，承臺底面鋼筋混凝土保護層厚度為70 mm，上層及側面保護層厚度50mm。

承臺與基坑側壁間隙回填壓實性較好的素土分層夯實，壓實度不宜小于0.94。

3.2.3樹根樁施工及驗收事項

（1）成孔設備就位后，必須平整、穩固，確保在成孔過程中不發生傾斜和偏移。

（2）當采用鉆（沖）挖掘成孔時，必須保證樁端進入持力層的設計深度；當采用錘擊沉管法成孔時，沉管深度控制以貫入度為主，以設計持力層標高對照為輔。

（3）分段制作的鋼筋籠，其接頭宜采用焊接，并應遵守國家現行標準《鋼筋機械連接通用技術規程》JGJ10、《鋼筋焊接及驗收規程》JGJ18和《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204的規定。

（4）粗骨料可選用卵石或碎石，其骨料粒徑不得大于鋼筋間距最小凈距的1/3。

（5）樁在施工前，宜進行試成孔。

（6）根據規范要求，總樁數在50根以下的，抽檢20%做低應變檢測樁的完整性，本工程共40根樁，取8根樁做低應變檢測。

4 結構計算

4.1排架基礎地基承載力計算

4.1.1滿槽水深h=H=1.8m時

（1）均布荷載計算

①槽身自重均布荷載標準值q1為：

q1=（0.4×2.0+1.2×0.2+0.2×0.2+0.1×0.15×2+0.2× 0.1）×25=28.25（kN/m）

槽身自重均布荷載設計值q′1為：

q′1=1.05q1=29.66（kN/m）

②水重均布荷載標準值q2為：

q2=Bh=1.2×1.8×10=21.6（kN/m）

水重均布荷載設計值q′2為：

q′2=1.1q2=1.1×21.6=23.76（kN/m）

③槽身均布荷載標準值總和為：

q=q1+q2=28.25+21.6=49.85（kN/m）

槽身均布荷載設計值總和為：

q′=q′1+q′2=29.66+23.76=53.42（kN/m）

以上各式中：鋼筋混凝土的重度采用25kN/m3；1.05為自重的荷載分項系數；1.1為水重的荷載分項系數。

排架承受2G槽=2×（G空槽+G水）=53.42×10/2×2= 534.2kN。

4.1.2排架自重

以最高的排架1#排架為計算單元，其他排架計算相同，為使立柱在豎向荷載作用下為軸心受壓構件，立柱中心線與槽身支承中心線相重合。地面以上排架高度為1.92m，基礎埋深0.5m，采用C25混凝土，如圖5。

圖5　排架自重計算單元

排架自重G排為：

G排=（1.1×0.35×2+0.425×0.25）×γh=0.876×25= 21.91（kN）

4.1.3承臺自重G臺

G臺=（0.5×2.1×1.65）×γh=1.7325×25=43.34（kN）

因排架高度不高，為簡化計算，計算排架基礎地基承載力時不考慮風荷載，計算采用公式：

式中∑N——基礎承受的豎向軸力；

A——基礎地面面積。

以最不利的1#排架為例，計算得1#排架的基礎地基承載力為172.99kPa。

4.2樁基承載力計算

本工程采用經驗參數法單樁豎向極限承載力標準值，計算當根據土的物理指標與承載力參數之間的經驗關系確定單樁豎向極限承載力標準值時，按下式估算：

Quk+Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

式中qsik——樁側第i層土的極限側阻力標準值，參照《建筑樁基技施規范》（JGJ94-2008）表5.3.5選取；

qpk——極限端阻力標準值，

u——樁身周長；

li——樁周第i層土的厚度；

Ap——樁端面積。計算得：

Quk=Qsk+Qpk=3.14×0.3×（30×1+50×5+100×3.5+ 160×0.5）=3.14×0.3×710=668.82。

單樁豎向承載力特征值Ra應按下式確定：

式中Quk——單樁豎向極限承載力標準值；

K——安全系數，取K=2。根據計算單根豎向承載力特征值Ra=334.41kPa，設置4根，承載力滿足設計要求。

5 結　語

金井灌區新曉年渡槽基礎處理最終采用樹根樁進行基礎處理，也是長沙縣首次嘗試采用樹根樁進行渡槽基礎處理，目前該工程已經全部施工完畢，經成樁質量檢測合格率100%（總樁數的20%做低應變檢測）；該基礎處理方案的成功運用對今后渡槽及其他水工建筑物需進行軟土地基加固處理積累了新的寶貴經驗和技術數據，對今后類似基礎處理工程有非常好的借鑒和指導作用。

謝朝芳（1982-），女，大學本科，工程師，主要從事小型水利工程設計、施工與管理工作，手機：13974898646；王滿林（1981-），男，大學本科，水工地質工程師，主要從事工程勘察、地基處理與基礎工程施工等工作。

（2016-07-20）