工程实例-树根桩在托换基础中加固机理的研究
一、试验概况
本试验目的是为了对树根桩在软土地区的加固和托换机理进行深入和全面的研究分析，用以解决旧房加层、危房加固、纠倾以及新建建筑物地基加固等工程实践和理论问题。
（一）试验区的工程地质条件
本试验区{上海）的工程地质条件如图4.4-20所示。
（二）设计和施工参数
树根桩（RP~RPa）桩长 8m，桩径 150rm，共4根，其布置如图4.4-21所示。在四根树根桩浇筑后再制作承台板，其承台板面积与天然地基载荷试验时的承台板面积均为1.5m×1.5m、承台板厚度为0.55m（后者为0.4m）.采用强度 C48钢筋混凝土现浇板。
（三）量测元件布置
在树根桩托换基础承台板下共布置了六个土压力盒、四个孔隙水压力计，一个深度为12m 的深层沉降标;树根桩中共埋设了十二个钢筋应力计。
（四）试验方案
本次试验按以下三个步骤进行∶l.天然地基载荷试验;采用慢速法。
2.树根桩单桩试验∶包括抗压，抗拨试验各两组，其中 RP和 RP。 桩进行抗压试验，RP。和 RP。进行抗拔试验。RP，桩采用慢速法.其余三根桩均采用快速法。由于树根桩在承台板内，要求在制作承台板时预留了桩孔，使桩与承台板不相连接。
3.树根桩托换基础试验
（1）承台板预先加荷的载荷试验∶
在这项试验过程中，桩与承台仍是脱空的，荷载只加在承台板上，试验采用慢速法，荷载加至由天然地基载荷试验确定的容许承载力，这项试验的目的是用于模拟天然地基上原有建筑物荷载作用下的应力与变形特性。
（2）托换后继续加荷的载荷试验;
完成预先加荷的载荷试验后;维持承台板上总荷载，将预留桩孔及桩顶凿毛，再将桩顶钢筋与板内钢筋焊接和清孔后，灌注高标号混凝土将板与桩联结，养护至设计要求的强度后进行托换后继续加荷的载荷试验，试验采用慢速法。
二、试验成果分析
（一）承载力确定及分析1.天然地基承载力
图 4.4-22 为由邻近场地试验所获得的天然地基容许承载力为90kPa。2.单桩竖向承载力
由图4.4-23 可知，RP，和 RP?桩竖向抗压极限承载力分别为110kN 和 135kN，其容许承载力分别为55kN和65k入;RP，和 RP抗拔极限承载力为75kN和70kA其容许承载力均为351kN。由此可见∶
（1）树根桩单桩竖向抗拔承载力比单桩竖向抗压承载力低，本试验中前者约为后者的 60%;
（2）树根桩单桩竖向抗压试验达到容许承载力或抗拔试验达到容许抗拔力时的位移量很小，其值约为桩达到极限承载力时的10%～20%;
（3）树根桩单桩抗拔试验达到极限抗拔力时的位移比抗压试验达到极限承载力时的沉降要小。
3.托换基础的地基承载力
从整个托换基础载荷试验分析，可分成以下三个阶段∶
（1）托换基础预先加荷试验
在这一阶段中，桩与承台板是不相连的，施加的荷载通过承台板传递到桩间土，树根桩不直接承受上部荷载，但它承受来自桩间土由于压缩变形而作用在其上的荷载。如图 4.4-22所示中 OA 段为托换基础预先加荷试验的p-s曲线，荷载加至地基土容许承载力90kPa 时，其对应的沉降量为7.45mm.相比于天然载荷试验时的沉降量小得多，这是由于土中桩反作用于土，阻止了土的压缩变形所致。
（（2）承台板与桩的联结
在此过程中保持承台板上荷载（200kN）不变，将承台板与柱用高强度混凝土联结，然后养护两个星期，在养护过程中也不卸除荷载。
（二）应力量测分析
1.桩与承台板联结时荷载分担变化规律
图4.4-24 给出了桩与承台板联结过程中荷载分担变化的实测曲线，当完成桩头钢筋与承台板内钢筋焊接后，桩就开始分担荷载，并随时间的增长而增长。然后，在浇灌混凝土及混凝土凝固完成大部分强度的阶段（7天），桩又分担更大的荷载，而且此时荷载的转移速率要大于钢筋焊接阶段。实际上，此时承台板分担的荷载也已迅速减小。然而，在以后的阶段，虽然桩仍继续承担更大的荷载，但其趋势已基本趋于稳定，这时承台板分担的荷载已从100%减少到 40%左右，而每根桩平均承担荷载为32kN，约占单桩极限承载力的 30%。这说明在荷载维持不变的情况下.只要基础有很小的沉降，树根桩就会做出极为迅速的反应。
2.托换后继续加荷过程中桩与承台板荷载分担的分析。
图 4.4-25为桩与承台板联结后继续加荷试验时，实测的桩与承台板分担上部荷载的变化规律。在一定荷载范围内（P=200～480kN），随着荷载的增加，桩上荷载 P。明显增长。血承台板分担的荷载 P。只是略有增加，这也说明在这一阶段内上部荷载主要向桩上集中。然而，当上部荷载超过这一范围时，桩分担荷载 P，趋于稳定，而当P≥560kN 时略有下降（当P=560kN时，实测桩顶轴力平均值为110kN，等于树根桩单桩竖向抗压极限承载力，说明树根桩已进入极限状态），而承台板分担的荷载 P。明显增大。实际上，当树根桩托换基础达到极限状态时，其沉降量（包括预先加荷阶段为 37mmm）比天然地基极限状态时的沉降量（约为78mm）小得多，但若以天然地基达容许承载力时的沉降量对托换基础进行取值，则其地基承载力为225kPa，接近于托按基础的地基极限承载力。同时，由图4.4-25还可得，托换基础达极限状态时，树根桩承担的荷载约占上部荷载的 80%。
三、研究和分析结论
（一）树根桩的单桩竖向抗拔承载力比单桩竖向抗压承载力低，本次试验中前者约为后者的60%;
（二）托换后继续施加的荷载主要由树根桩承担，达极限状态时，树根桩承担的荷载约为承台板上总荷载的80%;
（三）托换基础达极限状态时，其沉降量较天然地基时的沉降量小得多;
（四）树根桩与承台板联结过程中，虽然荷载保持不变，但由于基础即使有很小的沉降，树根桩也会做出极其迅速的反应，本次试验中这一荷载传递过程的时间约为7天，荷载传递稳定时，树根桩承担的荷载约为承台板上荷载的60%;
（五）托换基础的载荷试验中承台土反力分布呈"马鞍形"，承台土承受荷载约为总荷载的30%~40%。