新型树根桩后注浆管路系统方案设计与研究

杨 楠 　 李明飞 　 杨斯婷 　 陈佳兴 　 王 跃 　 宋金旭

(沈阳工业大学建筑与土木工程学院，辽宁 沈阳　110870)

0　引言

随着建筑行业的蓬勃发展，我国现拥有数百亿平方米的公共建筑以及各类住宅和工业建筑。因为建筑物的自然老化、勘察设计的不合理、使用不当、地震损伤以及规范要求提高等原因，大量建筑物的地基基础需要进行加固。鉴于地基基础在建筑工程中的重要作用，地基基础加固的质量尤为重要。新建工程与之相比，既有建筑地基基础加固[1-3]具有技术要求高、工期长、施工难度大、场地条件差和风险大等特点。树根桩以其施工占地面积小、施工速度快等优点在国内既有建筑物地基基础加固领域得到广泛的应用和推广。另外，随着市区空闲土地面积逐步减少，新建相邻建筑物间距离逐渐减小，也对建筑物的桩基础设计及施工提出了更高的要求，树根桩基础也可在此方面得以应用。

项目组提出了一种预制后注浆[4-7]新型树根桩，可预制施工并能有效增加承载能力。但是由于采用预制压入施工方法，现有灌注桩的后注浆技术[8]无法直接应用。不同于现有灌注桩“成孔—埋管—成桩—注浆”的施工顺序，新型树根桩[9-13]的注浆管预制在桩体中，在压入施工过程中完成连接，在贯入力作用下，注浆管如何保持完整性和密封性，桩尖部位出浆口处如何避免进入过多的砂土以及如何防止水泥浆倒流等问题都需要解决，因此，项目组设计了新型的注浆管路系统装置、桩间连接方式和桩尖以配合新型树根桩的预制和施工。

1　桩尖方案设计

由于在施工过程中，桩体进入土体时存在泥土易进入中间钢管堵塞水泥浆通道，桩头部受土层摩擦力作用导致桩体易损坏，注浆时水泥浆倒流等问题。为解决此一系列问题，进行了桩尖方案的设计，设计后的树根桩桩尖，可以平衡入土端应力、以桩尖钢板的微小变形抵消部分动能，既起到减小桩体破坏的作用又能防止泥土进入管路系统，而且可适应异形桩多变的桩体形式。创新设计的桩尖已经得到国家知识产权局的授权。

桩尖由正方形钢管，厚钢板，橡胶包套经过焊接等方式连接而成。四片形状特定的三角形的厚钢板分别与焊接于正方形钢管的内壁的轴销连接。要求四个轴销在同一平面且平行于钢管上下截面，钢管各面与三角板组成合页结构，合页为两折式，轴销一端为长方形，另一端为三角形，四片合在一起使之能形成一个可开闭的四棱锥，橡胶包套套于四棱锥底部且与四棱锥四面紧贴，这样桩尖就被设计成了犹如心脏瓣膜的结构，使浆液只能单向流出，不可倒流。而正方形钢管的应用方便了桩体与桩尖连接，更好地适应异形桩桩体。桩尖仰视图与侧视图见图1，图2。

2　后注浆管路设计

传统施工工艺中常见的桩体形状多为方桩和圆形桩[14,15]。项目组前期将桩体设计成异形桩，在保持同等截面周长的前提下减少了截面面积。将异形桩与后注浆[16,17]管路系统有效地结合，既减少了成本又可减小桩体入土时的阻力对桩体造成破坏。

树根桩预制时在中心设置一根外径为φ34的粗钢管，在桩体的一端内径加大4 mm,长度大于20 cm，另一端伸出桩体20 cm，为进行桩间连接预留空间。最上节桩的钢管一端与桩体平齐(即无需为下一根桩预留连接空间)，另一端和其他桩体一致。

带有桩尖的最下节桩体是在桩体模板前端连接事先预制的除去尖端的锥形模板，去除尖端后的模板应与伸出钢管前端平齐再浇筑混凝土成桩，然后在尖端处装置上文所述桩尖装置。水泥浆由最上节桩经树根桩内管路流到有桩尖的最下节桩体，因注浆压力大，将套在混凝土桩头外的钢板桩尖顶开后进入到土体。

3　施工中注浆管路对接

3.1　桩尖模板制作

在室内用卡纸按照实际的比例做好桩尖的模板后，由工厂焊接出钢模板和桩体支架，如图3所示。

3.2　施工中桩体及注浆管路对接

桩间管路良好对接是保证注浆管路系统正常工作的必要前提。养护28 d桩的强度符合要求后，运输到施工场地。地面开挖0.5 m深导坑，将带有桩尖的最下节桩体立直打入土层。搬运第二根桩就位，将中心注浆钢管对准插入下节桩顶注浆管，利用外伸钢筋使桩体间保持空间，用按比例调和好的建筑植筋胶涂抹在桩间连接面及注浆钢管外周，然后转动桩体使外伸钢筋对准下节桩顶预留孔，桩体因重力作用落下完成桩体及管路对接。按此方法依次完成桩体注浆管路的对接与打桩直至最上节桩。施工中上下节桩连接如图4所示。在对接过程中，涂抹建筑植筋胶能达到加固和防止漏浆的作用。对接时保证桩体竖直，以免桩入土后倾斜增加桩体在打桩过程中破坏的可能性[18-20]。

4　后注浆试验

根据工程需要，按水∶水泥=1∶2.2的比例配制符合要求的水泥浆。注浆的目的是使水泥浆沿管路系统直达桩尖，并从桩尖单向流出，进入土层孔隙凝结，达到增加桩基承载力的作用。故要求水泥浆的流动性良好，稳定性良好，可注性较强，抗渗性良好，早期抗压强度高等性能。且注浆过程必须连续，若停滞时间过长，在没有完成注浆的情况下管路内部水泥浆凝结，堵塞管路会影响后续进程。

施工用注浆机如图5所示。注浆机管路与桩体管路连接如图6所示。注浆时严格控制水泥浆单位时间注入量，泵压达到2.5 MPa时即可停止注浆。试验场地地层为杂填土及亚砂土，单桩注浆量约0.6 m3。整个后注浆过程进展顺利，说明项目组设计的后注浆管路系统方案达到预想效果，具有工程实用性。

5　结语

本文中设计的新型后注浆管路系统，为预制树根桩与后注浆结合提供了一套解决方案，有效的提高了预制树根桩的施工效率，在一定程度上节约了成本，也降低了施工带来的不利影响。桩尖的设计可与多种异形桩组合，具有一定的灵活性，而且打入土体时可以减小桩端阻力。桩体内部注浆管路的设计使后注浆工艺与预制桩得以结合，浆液由桩尖流出渗入土体凝结，加固了桩

端与桩侧的土体，增强了桩体与桩周土体的连结。后注浆的试验过程表明项目组设计的后注浆管路系统方案达到预期效果，成功可行。