樹根樁加固處理技術在工程中的應用

王滿林 張磊華

（長沙縣水利水電勘察設計室 長沙市 410100）

1 工程概況

湖南省某單位南向擋土墻位于長沙市岳麓區，東臨瀟湘大道，南側緊臨河西大學城教師新村，位于長沙城西中心地帶，交通便捷。根據收集到的資料，該擋土墻總長約350m，擋土墻最高約4.80m，采用松木樁基礎，片石砌重力式擋土墻，總體上沿東西方向砌筑。因該擋土墻局部倒塌，需修復加固，才能繼續使用。

2 工程地質條件

2.1 地形與地貌

場地原始地貌屬湘江沖積階地，地形平坦開闊，原始地形標高約30.00m。因工程建設的需要，地坪標高由30.00m堆填抬高至36.00m左右，基本與瀟湘大道路面標高齊平。擋土墻頂最高處標高約36.45m，南向教師新村地面標高為31.65m，故擋土墻最高約4.80m。

2.2 地層巖性

根據勘察報告，場地內埋藏的地層主要由上覆第四系雜填土、沖積粉質粘土與粉砂、圓礫及下伏泥盆系砂巖組成，現將各巖土層特征自上至下分別描述如下：

①雜填土（Q4ml）：雜色、褐紅色，稍濕-濕，松散，成分以磚塊、混凝土塊等建筑垃圾及粘性土為主，局部含中砂。擋土墻背后新近回填土中磚塊等硬質物含量約20%，墻腳回填土中磚塊等硬質物含量約80%。未經壓實，結構不均勻。層厚（1.30～6.30）m，平均厚度3.78m。

②粉質粘土（Q4al）：灰色、灰黃色，可塑，該層頂部一般呈褐灰色，軟塑狀。見少量黑色氧化物，砂質含量約5%～10%。無搖振反應，稍有光滑，干強度中等，韌性中等。該層在場地皆有分布，層厚（3.30～8.70）m，平均厚度 6.13m。

③粉砂（Q4al）：灰黃色、灰綠色，濕-飽和，松散，成分主要為石英，云母，粘性土含量5%～30%不等。該層在場地皆有分布，層厚（0.60～5.50）m，平均厚度2.67m。

④圓礫（Q4al）：灰黃色、灰色，飽和，中密-密實，礫質含量 65%以上，粒徑（5～20）mm，顆粒大小較均勻，呈亞圓形。成分以石英為主，充填中砂，泥質含量約5%～15%。該層在場地皆有分布，層厚（0.50～1.70）m，平均厚度1.03 m。

⑤強風化砂巖（D）：褐紅色、淺紫紅色，砂質結構，塊狀構造。除石英外大部分礦物已風化變質，巖石呈半巖半土狀，風化裂隙很發育。巖體破碎，巖石為較軟巖，巖體基本質量等級為V級。巖芯呈碎塊狀，孔深往下趨于完整，少量短柱狀。采取率約70%，RQD約10%～20%。該層在場地內普遍分布，揭露厚度（4.47～7.20）m。

2.3 水文地質條件

各鉆孔在鉆探時均遇到地下水，地下水類型為上層滯水及潛水。上層滯水主要賦存于擋土墻背后雜填土①中，主要接受大氣降水補給，水量不大，受季節變化影響較大。測得上層滯水位埋深在現地坪以下（5.5～5.8）m，相當于標高為（29.86～30.74）m。 潛水主要賦存于粉砂③與圓礫④中，本場地東側緊鄰湘江,洪水季節湘江河水補給場地內潛水,其他時期場地內潛水向湘江排泄。測得潛水位埋深在現地坪以下（7.0～14.3）m，相當于標高為（21.06～24.84）m。

場地地下水對混凝土均無腐蝕性。

3 擋土墻倒塌原因分析及變形發展趨勢預測

3.1 擋土墻倒塌原因分析

根據收集到的資料，該擋土墻于2007年10月開工，2008年3月竣工，曾經受過幾次大的降雨。2009年2月7日中午在靠近瀟湘大道停放小挖機地段的擋土墻（墻高最高處為4.8m）突然發生倒塌。據目擊者介紹，先看到擋土墻墻身外鼓，隨即下座倒塌。2009年2月12日工程指揮部組織專家進行現場調查與分析，認為倒塌系由墻身抗彎剪承載力不足引起，墻身承載力不足的原因除片石砌體的砌筑質量較差之外，也與泄水孔及填土的施工未按設計與施工規范的要求施工有關。

3.2 擋土墻變形發展趨勢預測

通過在擋土墻倒塌段左右各20m范圍內調查發現，墻頂及墻面多處存在裂縫。墻頂以垂直裂縫為主，延伸長度約（1.5～2.0）m，呈上寬下窄形態。 墻面以中間的一條水平裂縫為主，自擋土墻倒塌段往西延伸長度約15m，呈東寬西窄形態。

根據上述分析并結合現場調查、收集到的該擋土墻的設計與竣工資料，該擋土墻的變形發展趨勢大致如下：

（1）雨水沿裂縫下滲，進一步降低墻背填土的強度，增大墻背填土的土壓力，同時雨水對墻背的水壓力（原泄水孔不滿足要求）增加，加劇墻身外鼓，最終可致擋土墻失穩。

（2）隨著時間推移，松木樁基礎因耐久性較差，水平承載力降低導致擋土墻腳向前滑移，以致擋土墻失穩。

4 加固方案選擇

根據本工程的實際情況，可供選擇的擋墻加固處理方案有四種：一是水平拉桿（錨桿）加人工挖孔樁；二是水平拉桿加樹根樁；三是水平拉桿加鋼管樁；四是對擋土墻下地基、墻身和墻背回填土進行分層多次劈裂灌漿進行加固。

經比較方案一因人工挖孔樁孔徑較大（≥800 mm），不能對周圍的回填土進行加固，且難以在砂卵石層施工，施工的可行性差。

方案二孔徑小，可以實現對樁周回填土進行注漿加固，安全可靠性好，但工序多、造價稍高。

方案三造價高，拉桿與鋼管樁連接困難。

方案四工序單一，造價較低，但劈裂注漿對施工技術水平要求較高，施工方的風險較大。

經比較，建議采用方案二和方案四，從既確保安全，又經濟可行原則出發，經研究最后采用了方案二：水平拉桿加樹根樁（詳見附圖）。

樹根樁是在地基中設置的小直徑樁，因采用壓力灌漿，對樁間軟弱土起到一定的加固作用。其特點如下：

（1）所需施工場地較小，不會對原有建筑物的穩定以及周圍環境帶來危害。

（2）采用壓力灌漿可將樁與地基土緊密結合，增大了樁與地基土的摩阻力，同時對樁間土起到加固作用。

（3）相對其它加固處理方案工期短，造價相對較低。

（4）施工技術要求相對較高，要求選擇有經驗的專業施工單位。

5 擋土墻加固設計計算

5.1 基本數據

（1）安全等級二級，結構重要性系數γ0=1.05，鋼筋銹蝕系數1.2。

附圖 樹根樁加固設計圖

（2）地面荷載 q0=10 kN/m2。

（3）墻背主動土壓力計算參數：壓力注漿后的回填土等效內摩擦角φD=300，重力密度γ=20 kN/m2，外形影響系數β=2.0。

（4）擋土高度H=4.8m。

5.2 擋土結構加固方案

（1）加固目的。減小片石擋土墻墻身承受的主動土壓力，提高擋土結構局部和整體的抗彎、抗剪、抗傾覆和抗滑移的承載力。

（2）加固措施。在墻背設計樹根樁；在墻身中部位設水平拉桿與樹根樁連成一體；在墻頂和墻腳設拉梁，在墻面設立柱；在墻面掛鋼筋網和噴射混凝土；在墻身設立真正起泄水作用的泄水孔；在墻背回填土中鉆孔注漿。

5.3 加固后擋土墻的計算模型

按上述加固措施施工的擋土結構，其中計算模型為置于回填土中的由進入圓礫層的樹根樁、鋼拉桿、混凝土拉梁、立柱和原擋土墻（或新砌擋土墻）形成的組合擋土結構。其受力狀況：樹根樁主要承受擋土結構整體傾覆時的拔力和整體滑移中的剪力。拉桿和拉梁主要承受墻背回填土的主動土壓力，相當于在擋土墻的中間和頂部設的支點，以減小墻身（砌體結構）的彎曲應力和剪切應力。立柱和掛鋼筋網噴射混凝土是為了提高墻身的抗彎、抗剪和抗壓承載力。在墻背回填土中鉆孔注漿和墻身設立真正起泄水作用的泄水孔是為了提高墻背回填土的粘聚力、內摩擦角和避免墻背回填土土性因水的作用劣化。

（1）墻背主動土壓力。

主動土壓力系數 k=2.0×tg2（450-300/2）=2 tg2300=0.66；

頂部主動土壓力e1=0.66×10=6.6 kN/m2；

底部主動土壓力 e2=6.6+（0.66×4.8×20）=69.96 kN/m2；

主動土壓力合力 E=6.6×4.8+0.5×63.36×4.8=183.74 kN/m；

合力作用點距底部的距離 a=（6.6×4.8×2.4+0.5×63.36×4.82×1/3）÷183.74=1.74m。

（2）拉桿及拉梁的計算。

拉桿采用Φ25，拉桿的抗拉承載力Nu=（490×360）÷（1.2×1.05）=140 000N=140 kN；

拉梁的內力 NL=183.74-140=43.74 kN；A s=（1.05×43 740）÷210=314mm2；配 4Φ10，A s=314mm2。

（3）樹根樁及立柱的計算。

底部的傾覆力矩 M=1.05×E×a=1.05×1.74×183.74=335.7 kN/m；

樹根樁的拔力及錨固長度：

● 拔力：S=3.15÷2+0.5=2.075m；N=M÷S=335.7÷2.075=80.89 kN；

●錨固長度：考慮樹根樁進入圓礫層1m，如圓礫層厚不足1m，則進入強風化巖0.5m。

● 縱 向 鋼 筋 ：As=110 000 ÷210=524 mm2， 配6Φ12，As=678mm2＞524mm2。

●橫向箍筋：總水平力 H=E=183.74 kN

原擋土墻的抗滑承載力 H u=3.15×（4.8+0.55）×20×0.2=67.41 kN；

樹根樁承受的水平剪力V=183.74-67.41=116.33kN；

兩根樹根樁的抗剪承載力：

箍筋按構造配筋Φ6@100。

6 加固效果檢測

由于地層條件較差，為保證施工質量，施工時采用全孔跟管鉆進。施工結束后，對施工效果進行了相應檢測，我們采用了以下幾種方法進行了檢測：

（1）鉆孔取芯。在樹根樁之間進行鉆孔抽樣取芯，通過對加固前后雜填土土樣物理力學指標的比較（附表），檢測注漿效果。

經抽芯檢測發現，樹根樁周土體結石率高，土體性質均勻且強度得到了較大的提高，有效地減小了墻背土壓力，能滿足設計要求。

（2）樁身質量檢查。樹根樁施工結束后，隨機抽取3根樁進行了開挖檢查，證實成樁質量好，樁身強度高，滿足設計要求。

（3）變形觀測。在擋土墻兩側布置了4個基準點，在擋土墻上，布置了10個變形觀測點，施工結束后1個月內，每一個星期進行一次觀測，后兩個月每半個月觀測一次，共觀測了8次，觀測結果顯示，擋土墻最大累積沉降才1.6mm，估計最終沉降量為2 mm左右；墻身停止外鼓，墻體水平變形得到有效控制。檢測結果表明，加固處理已有了顯著的效果，尤其是沉降與墻身水平變形控制達到了比較滿意的效果，說明樹根樁加固治理是比較成功的。

附表為加固效果檢測前后對比。

附表 洞庭湖區集成安合垸堤防加固效果檢測對比

7 結論與建議

施工結束后經測量檢測，滿足設計與規范的要求，能夠正常使用，創造了良好的社會效益及經濟效益，同時也為處理同類型事故工程開劈了一條新的加固處理途徑。