新型樹根樁后注漿管路系統(tǒng)方案設(shè)計與研究

楊 楠 　 李明飛 　 楊斯婷 　 陳佳興 　 王 躍 　 宋金旭

(沈陽工業(yè)大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，遼寧 沈陽　110870)

0　引言

隨著建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國現(xiàn)擁有數(shù)百億平方米的公共建筑以及各類住宅和工業(yè)建筑。因為建筑物的自然老化、勘察設(shè)計的不合理、使用不當(dāng)、地震損傷以及規(guī)范要求提高等原因，大量建筑物的地基基礎(chǔ)需要進(jìn)行加固。鑒于地基基礎(chǔ)在建筑工程中的重要作用，地基基礎(chǔ)加固的質(zhì)量尤為重要。新建工程與之相比，既有建筑地基基礎(chǔ)加固[1-3]具有技術(shù)要求高、工期長、施工難度大、場地條件差和風(fēng)險大等特點。樹根樁以其施工占地面積小、施工速度快等優(yōu)點在國內(nèi)既有建筑物地基基礎(chǔ)加固領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用和推廣。另外，隨著市區(qū)空閑土地面積逐步減少，新建相鄰建筑物間距離逐漸減小，也對建筑物的樁基礎(chǔ)設(shè)計及施工提出了更高的要求，樹根樁基礎(chǔ)也可在此方面得以應(yīng)用。

項目組提出了一種預(yù)制后注漿[4-7]新型樹根樁，可預(yù)制施工并能有效增加承載能力。但是由于采用預(yù)制壓入施工方法，現(xiàn)有灌注樁的后注漿技術(shù)[8]無法直接應(yīng)用。不同于現(xiàn)有灌注樁“成孔—埋管—成樁—注漿”的施工順序，新型樹根樁[9-13]的注漿管預(yù)制在樁體中，在壓入施工過程中完成連接，在貫入力作用下，注漿管如何保持完整性和密封性，樁尖部位出漿口處如何避免進(jìn)入過多的砂土以及如何防止水泥漿倒流等問題都需要解決，因此，項目組設(shè)計了新型的注漿管路系統(tǒng)裝置、樁間連接方式和樁尖以配合新型樹根樁的預(yù)制和施工。

1　樁尖方案設(shè)計

由于在施工過程中，樁體進(jìn)入土體時存在泥土易進(jìn)入中間鋼管堵塞水泥漿通道，樁頭部受土層摩擦力作用導(dǎo)致樁體易損壞，注漿時水泥漿倒流等問題。為解決此一系列問題，進(jìn)行了樁尖方案的設(shè)計，設(shè)計后的樹根樁樁尖，可以平衡入土端應(yīng)力、以樁尖鋼板的微小變形抵消部分動能，既起到減小樁體破壞的作用又能防止泥土進(jìn)入管路系統(tǒng)，而且可適應(yīng)異形樁多變的樁體形式。創(chuàng)新設(shè)計的樁尖已經(jīng)得到國家知識產(chǎn)權(quán)局的授權(quán)。

樁尖由正方形鋼管，厚鋼板，橡膠包套經(jīng)過焊接等方式連接而成。四片形狀特定的三角形的厚鋼板分別與焊接于正方形鋼管的內(nèi)壁的軸銷連接。要求四個軸銷在同一平面且平行于鋼管上下截面，鋼管各面與三角板組成合頁結(jié)構(gòu)，合頁為兩折式，軸銷一端為長方形，另一端為三角形，四片合在一起使之能形成一個可開閉的四棱錐，橡膠包套套于四棱錐底部且與四棱錐四面緊貼，這樣樁尖就被設(shè)計成了猶如心臟瓣膜的結(jié)構(gòu)，使?jié){液只能單向流出，不可倒流。而正方形鋼管的應(yīng)用方便了樁體與樁尖連接，更好地適應(yīng)異形樁樁體。樁尖仰視圖與側(cè)視圖見圖1，圖2。

2　后注漿管路設(shè)計

傳統(tǒng)施工工藝中常見的樁體形狀多為方樁和圓形樁[14,15]。項目組前期將樁體設(shè)計成異形樁，在保持同等截面周長的前提下減少了截面面積。將異形樁與后注漿[16,17]管路系統(tǒng)有效地結(jié)合，既減少了成本又可減小樁體入土?xí)r的阻力對樁體造成破壞。

樹根樁預(yù)制時在中心設(shè)置一根外徑為φ34的粗鋼管，在樁體的一端內(nèi)徑加大4 mm,長度大于20 cm，另一端伸出樁體20 cm，為進(jìn)行樁間連接預(yù)留空間。最上節(jié)樁的鋼管一端與樁體平齊(即無需為下一根樁預(yù)留連接空間)，另一端和其他樁體一致。

帶有樁尖的最下節(jié)樁體是在樁體模板前端連接事先預(yù)制的除去尖端的錐形模板，去除尖端后的模板應(yīng)與伸出鋼管前端平齊再澆筑混凝土成樁，然后在尖端處裝置上文所述樁尖裝置。水泥漿由最上節(jié)樁經(jīng)樹根樁內(nèi)管路流到有樁尖的最下節(jié)樁體，因注漿壓力大，將套在混凝土樁頭外的鋼板樁尖頂開后進(jìn)入到土體。

3　施工中注漿管路對接

3.1　樁尖模板制作

在室內(nèi)用卡紙按照實際的比例做好樁尖的模板后，由工廠焊接出鋼模板和樁體支架，如圖3所示。

3.2　施工中樁體及注漿管路對接

樁間管路良好對接是保證注漿管路系統(tǒng)正常工作的必要前提。養(yǎng)護(hù)28 d樁的強度符合要求后，運輸?shù)绞┕龅?。地面開挖0.5 m深導(dǎo)坑，將帶有樁尖的最下節(jié)樁體立直打入土層。搬運第二根樁就位，將中心注漿鋼管對準(zhǔn)插入下節(jié)樁頂注漿管，利用外伸鋼筋使樁體間保持空間，用按比例調(diào)和好的建筑植筋膠涂抹在樁間連接面及注漿鋼管外周，然后轉(zhuǎn)動樁體使外伸鋼筋對準(zhǔn)下節(jié)樁頂預(yù)留孔，樁體因重力作用落下完成樁體及管路對接。按此方法依次完成樁體注漿管路的對接與打樁直至最上節(jié)樁。施工中上下節(jié)樁連接如圖4所示。在對接過程中，涂抹建筑植筋膠能達(dá)到加固和防止漏漿的作用。對接時保證樁體豎直，以免樁入土后傾斜增加樁體在打樁過程中破壞的可能性[18-20]。

4　后注漿試驗

根據(jù)工程需要，按水∶水泥=1∶2.2的比例配制符合要求的水泥漿。注漿的目的是使水泥漿沿管路系統(tǒng)直達(dá)樁尖，并從樁尖單向流出，進(jìn)入土層孔隙凝結(jié)，達(dá)到增加樁基承載力的作用。故要求水泥漿的流動性良好，穩(wěn)定性良好，可注性較強，抗?jié)B性良好，早期抗壓強度高等性能。且注漿過程必須連續(xù)，若停滯時間過長，在沒有完成注漿的情況下管路內(nèi)部水泥漿凝結(jié)，堵塞管路會影響后續(xù)進(jìn)程。

施工用注漿機如圖5所示。注漿機管路與樁體管路連接如圖6所示。注漿時嚴(yán)格控制水泥漿單位時間注入量，泵壓達(dá)到2.5 MPa時即可停止注漿。試驗場地地層為雜填土及亞砂土，單樁注漿量約0.6 m3。整個后注漿過程進(jìn)展順利，說明項目組設(shè)計的后注漿管路系統(tǒng)方案達(dá)到預(yù)想效果，具有工程實用性。

5　結(jié)語

本文中設(shè)計的新型后注漿管路系統(tǒng)，為預(yù)制樹根樁與后注漿結(jié)合提供了一套解決方案，有效的提高了預(yù)制樹根樁的施工效率，在一定程度上節(jié)約了成本，也降低了施工帶來的不利影響。樁尖的設(shè)計可與多種異形樁組合，具有一定的靈活性，而且打入土體時可以減小樁端阻力。樁體內(nèi)部注漿管路的設(shè)計使后注漿工藝與預(yù)制樁得以結(jié)合，漿液由樁尖流出滲入土體凝結(jié)，加固了樁

端與樁側(cè)的土體，增強了樁體與樁周土體的連結(jié)。后注漿的試驗過程表明項目組設(shè)計的后注漿管路系統(tǒng)方案達(dá)到預(yù)期效果，成功可行。