淺談松木樁在軟基處理中的應用

(南昌藍水工程監(jiān)理有限責任公司，江西 南昌 335100)

軟土地基處理歷來是水利工程建設的難題，水利工作者在實際工作中根據(jù)各自地理位置、氣候條件、工程狀況等要素進行了不同程度的探索與實踐。目前，就全國而言尚沒有統(tǒng)一的技術措施，各個地區(qū)根據(jù)情況的不同采取相應的措施。無論采取什么措施都需經(jīng)地基承載力試驗，確定能夠滿足地基承載力要求。本文以實際工程為例，研究和探討松木樁在擋土墻基礎處理中的應用。

1 工程項目概況

高標準農(nóng)田建設項目，可以達到“路相通、溝相連、田成方、澇能排、旱能灌”的目的，保證農(nóng)田旱能灌，澇能排，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，同時也改善了農(nóng)田水環(huán)境，對發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟意義重大。

余干縣2017年統(tǒng)籌整合資金推進高標準農(nóng)田項目，項目區(qū)位于國營康山墾殖場，地處贛江、信江、撫河入鄱陽湖的交匯處，緊臨德昌高速和昌萬公路，距南昌37km，是農(nóng)業(yè)部2016年農(nóng)墾農(nóng)機標準化創(chuàng)建示范單位。

項目區(qū)地處鄱陽湖濱湖核心區(qū)域，主排澇溝現(xiàn)狀平均淤泥深度1.20m，軟基礎平均深度1.80m。主排澇溝原設計采用C20現(xiàn)澆混凝土擋土墻型式，清除淤泥后開挖至硬土基礎，承載力試驗合格后，澆筑20cm厚C15混凝土墊層，墊層上進行擋土墻施工。

2 工程項目存在的問題

工程建設過程中存在一些技術難題，如不能妥善解決，將會嚴重影響工程質(zhì)量，降低工程效益。實際施工時，清淤并開挖1.80m后，發(fā)現(xiàn)多處出水量較大的泉眼，地基承載力達不到設計要求，擋土墻整體穩(wěn)定性無法保證，如何對軟基礎進行處理成為影響工程質(zhì)量的關鍵因素。

3 軟基處理方案擬定

3.1 方案一：拋石擠淤方案

拋石選用非風化片、塊石，料徑不小于300mm。片、塊石都經(jīng)過抽樣送檢合格后用于工程施工。清除表層80cm左右淤泥后，用自卸汽車將石料運至拋投現(xiàn)場坡腳邊緣，先用挖掘機進行分選拋投，即由挖掘機將大粒徑的片、塊石均勻分層拋投。拋投過程中首先挖掘機斗下壓整平，填滿整條主排澇溝后，挖掘機來回走動進行碾壓，使片、塊石沉入基本穩(wěn)定。碾壓過程中，用人工將片、塊石空隙以小石或石屑填滿鋪平，直至拋石層頂面平整無明顯孔隙。

3.2 方案二：溝底滿堂澆筑方案

清除表層80cm左右淤泥后，由于泉眼較多，設置小排水溝和集水井集中抽水，使用攪拌坍落度較小的C20混凝土鋪底，厚度20cm，待終凝后按設計要求進行后續(xù)施工。

3.3 方案三：松木樁固基方案

松木富含松脂，防腐能力良好，有“水上千年杉，水下萬年松”之說。松木樁固基具有施工周期短、抗沖能力強、經(jīng)濟可行、生態(tài)效果顯著等優(yōu)點，在軟基處理，特別是淤泥、淤泥質(zhì)土的基礎處理中具有很好的適應性。松木樁長4m，梢徑10cm，縱向間距50cm單雙排梅花形布置，橫向間距30cm，打好樁后回填20cm厚中砂 ，再澆筑混凝土承臺 ，預留20cm樁頭埋在混凝土承臺里。

4 軟基處理方案試驗

首先進行工程地質(zhì)勘察和土工試驗，查明土層分布及物理力學性質(zhì)，綜合考慮施工布置、工程造價等各方面因素，通過方案比選，科學合理地制定地基處理方案。

4.1 方案一：拋石擠淤方案試驗

a.主排澇溝淤泥層厚度較大，軟基礎平均深度達1.80m，拋石擠淤需要大量片、塊石，成本較高。

b.項目區(qū)道路主要為小型機耕道，很難滿足載重貨車通行，會對道路基礎造成很大損害。

c.軟基深度太大，無法采用大型碾壓設備進行碾壓，地基承載力無法達到設計要求。

綜上分析，該方案不予采用。

4.2 方案二：溝底滿堂澆筑方案試驗

a.軟基礎沒有深入處理，地基承載力無法滿足要求。

b.溝底泡泉會嚴重影響底板整體承受力和穩(wěn)定性。

c.從生態(tài)多樣性角度考慮，滿堂澆筑不符合環(huán)境保護要求。

綜上分析，該方案不予采用。

4.3 方案三：松木樁固基方案試驗

a.南方松木資源較為豐富，價格適中，采用松木樁處理軟基經(jīng)濟效益明顯；其“水下千年松”的特有防腐性，在軟基處理，特別是淤泥、淤泥質(zhì)土的基礎處理中具有很好的適應性。

b.作為傳統(tǒng)的基礎處理方式，松木樁強度高且密度小，彈、韌性好，可承受一定沖擊作用；且具有施工方便的優(yōu)點，可避免大量的土方開挖。

c.其具有吸濕性及濕脹干縮性，在吸水后體積膨脹，對樁間土有一定擠密作用，同時增大摩擦作用。

d.軟土厚度小于5m，較為適宜用松木樁處理。松木樁由于樁長限制(一般不長于5m)，處理深度受限；處理深度限制同時也限制其處理承載力，一般適用于承載力不高于130kPa的部位。

e.根據(jù)工程預算以及類似工程實踐，軟土地基處理所采用的梢徑10cm、長4m的松木樁，每根樁工料費比12cm×12cm、4m長的混凝土預制樁節(jié)約72%左右 ；比拋石擠淤方案節(jié)約55%左右，在工程造價方面具有明顯優(yōu)勢。

綜上分析，采用該方案。

5 工程設計及施工工藝

5.1 工程設計

5.1.1 單樁承載力的確定

Ra=φα[σ]Ap

式中Ra——單樁承載力標準值,kN;

φ——縱向彎曲系數(shù)，與樁間土質(zhì)有關，一般取1；

α——樁材料的應力折減系數(shù)，木材取0.5；

[σ]——樁材料的容許應力，梢徑10cm的松木樁[σ]=2500kPa；

Ap——樁端截面積，m2，樁端最小直徑按10cm計算。

經(jīng)計算，松木樁單樁承載力為21.25kN。

5.1.2 確定松木樁數(shù)

經(jīng)擋墻穩(wěn)定及應力應變計算，要求最小地基承載力為100kPa，單位面積所需松木樁數(shù)計算如下:

n=σo/Ra

式中n——單位面積中的松木樁數(shù),根;

σo——松木樁所承受的承載力,kPa;

Ra——單樁承載力標準值,kN。

計算得n=4.7根，每平方米采用5根松木樁即可以滿足擋墻地基承載力的要求。

5.2 施工工藝

為了便于打樁，樁長不宜超過4m，為保證樁尖能進入持力層，上部開挖至基礎的埋深后再打樁，施工工藝流程及注意事項如下。

5.2.1 松木樁制作

選用梢徑100mm、長度4m的松木樁；松木樁為“原木”，不用剝皮，不要鋸成其他形狀，以免后期樁身受力彎曲變形失效，鋸平樁頭；切勿將“松木樁”更換成更筆直，樁長更長的“杉木樁”或其他樁，因為杉木在水中將會快速變黑、變形。

5.2.2 施工控制要點

將挖掘機斗提到樁架頂部，安排人員扶樁，待插好樁后輕落在樁頂上，再檢查樁帽與樁的中軸線是否一致，保證樁的垂直度，如有偏差及時調(diào)整。開始正常下壓時應一次到位，不得中途停頓，以免土恢復后難以下沉。

壓樁完成時停壓標準：原則上要求樁的入土深度和貫入度均應符合設計規(guī)定，若達到此標準確有困難時，可采用下列方法進行處理：設計樁尖標高處為一般黏性土層時，由于樁的貫入度變化不大，難以利用貫入度變化判斷樁尖是否進入設計土層，可以樁尖標高控制。沉樁后樁頂標高允許偏差為±10cm。沉好一根樁后，應立即進行檢查，確認樁身無問題后，才移動樁架。

淤泥及淤泥質(zhì)土水平抗力很小，樁群上端容易出現(xiàn)整體水平位移，從而拉裂地面設施。處理辦法為在松木樁間澆筑C20混凝土墊層，以提高樁群的水平剛度。

5.2.3 施工注意問題

不得采用大能量的挖掘機施工，特別是樁尖進入硬層貫入度變小時容易造成樁頭和樁身損傷。松木樁所能承受的沖擊能控制在3000N·m以內(nèi)，太大會破壞樁體。

沉樁下沉過程中，當樁穿過軟土層后突然進入硬層時，會產(chǎn)生較大的壓應力；當樁穿過硬土層后突然進入軟土層時，會產(chǎn)生較大的拉應力。須注意觀察，嚴格操作，否則會打壞樁。下壓時要注意樁頂?shù)膲簯Α渡淼睦瓚σ约皹渡淼膲呵?/p>

對發(fā)生“吸入”現(xiàn)象的樁應進行復壓。“吸入”是指樁在黏土中連續(xù)錘擊時 ，由于土的滲透系數(shù)小，樁周圍的土不能滲透擴散，而沿樁身向上擠出，形成周圍的潤滑套，使樁周圍的摩擦力大為減少；在休止一定時間后，樁周土摩擦力恢復增大。

打樁完成后要鋸掉超出設計高度的樁頭，清除作業(yè)區(qū)淤泥，回填20cm厚中砂，澆筑20cm混凝土承臺，樁頭埋入承臺之中。

6 結 語

經(jīng)過松木樁處理的軟土地基，經(jīng)地基承載力試驗，能夠滿足擋土墻地基承載力要求。該工程完工后已運行1年，基礎無明顯沉陷，工程質(zhì)量良好，能夠滿足行洪排澇要求。松木樁固基處理技術，在濱湖地區(qū)擋土墻基礎處理、機耕橋基礎施工和預制六角塊齒槽基礎加固等項目中有良好的可適應性，具有較強的借鑒和推廣價值。