松木樁法軟土地基加固應(yīng)用及效益分析

柯霓

摘 要：本研究以株洲市南方中學(xué)實(shí)際工程案例為依托，針對(duì)其軟土地基承載低的問(wèn)題，借用當(dāng)?shù)厮赡井a(chǎn)量多的環(huán)境優(yōu)勢(shì)，利用松木樁法對(duì)該軟土地基進(jìn)行處理加固，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其所產(chǎn)生的各項(xiàng)效益進(jìn)行細(xì)致分析評(píng)估，結(jié)果表明，采用松木樁法可較好地提高軟土地基承載力，使其滿足設(shè)計(jì)及要求。此外，采用松木樁法亦可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和節(jié)能環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞：軟基;地基處理;松木樁;加固

由于自然環(huán)境或原生地質(zhì)條件的影響，在實(shí)際施工過(guò)程中，常遇到承載力不足或沉降過(guò)大的軟土地基。為確保建筑物或構(gòu)筑物的安全性和穩(wěn)定性，需對(duì)該類(lèi)軟土地基進(jìn)行處理加固使其滿足設(shè)計(jì)和使用要求。針對(duì)該問(wèn)題，目前已有許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入研究[1-4]。姚愛(ài)民等[6]充分利用了高壓旋噴樁具有施工噪聲低、振動(dòng)小、施工占地小等優(yōu)點(diǎn)，將其利用于軟土地基加固中，并取得了加高的應(yīng)用效率和較優(yōu)的應(yīng)用效果?；谝陨纤?，雖然目前已有諸多學(xué)者針對(duì)軟土地基處理加固問(wèn)題開(kāi)展了大量的研究，但對(duì)于實(shí)際工程而言，由于實(shí)際情況較為復(fù)雜，不同地區(qū)以及不同工程案例均需采取不同類(lèi)型的軟土地基加固方式。本研究以株洲某區(qū)域具體實(shí)際工程案例為基礎(chǔ)，充分利用當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境條件，采用松樁法對(duì)軟土地基進(jìn)行加固處理，并進(jìn)一步分析了該軟土地基處理方式的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和節(jié)能環(huán)保效益，為軟土地基處理提供了一種新思路和新方法。

1松木樁軟基加固方法基本原理及優(yōu)勢(shì)

1.1工藝基本原理

一般而言，可認(rèn)為松木具有強(qiáng)度高、韌性好、防腐能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。綜合考慮到松木生長(zhǎng)周期短，且易于取材及加工等優(yōu)勢(shì)，在施工過(guò)程中，可通過(guò)將松木粗加工，以一定的布置方式壓入軟基中的方式對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，以達(dá)到工程質(zhì)量要求。通常情況下，需通過(guò)采用挖掘機(jī)將一定長(zhǎng)度的新鮮松木垂直壓入軟基，并入持力層1m進(jìn)行軟基加固，松木端徑為以及梢徑依據(jù)實(shí)際情況確定，樁間距應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行確定，樁頂采用毛石以及碎石碾壓結(jié)板傳力。

1.2工藝優(yōu)勢(shì)

相比換填墊層法、預(yù)壓法、強(qiáng)夯置換法、碎石樁法等軟基加固施工方法而言，松木樁加固的方式具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。考慮到松木為一生長(zhǎng)周期較短的南方常見(jiàn)樹(shù)木，采用松木樁進(jìn)行軟基加固過(guò)程中，建筑施工取材方便，且工程量相對(duì)較小，運(yùn)輸便捷，處理成本低。此外，整體施工工藝較為簡(jiǎn)單，在施工過(guò)程中，無(wú)需進(jìn)行大體量開(kāi)挖，且施工設(shè)備簡(jiǎn)單。另，在采用松木樁加固過(guò)程中，其施工關(guān)鍵工藝為采用挖機(jī)按既定的布置點(diǎn)位將松木樁壓入軟基中，整體耗時(shí)較短，施工周期可顯著減短。

2工程案例應(yīng)用

2.1工程實(shí)例概況

本文以株洲市南方中學(xué)新校區(qū)新建工程項(xiàng)目道路軟基處理為例，南方中學(xué)新校區(qū)新建工程（2018.11.30—）位于株洲市蘆淞區(qū)董家塅街道，東臨航展路、南臨航緣路、西臨航工路、北至機(jī)場(chǎng)大道。凈用地面積115287.23平米，總建筑面積128940.55平米。其中計(jì)容面積114238.55平米，容積率0.991。合計(jì)11棟建筑，分別為3棟教學(xué)樓、2棟宿舍樓、1棟教職工宿舍樓、1棟食堂、1棟科技實(shí)驗(yàn)樓、1棟職教樓及圖書(shū)館、1棟體育藝術(shù)樓（連體建筑）、1個(gè)400米環(huán)形田徑場(chǎng)、1個(gè)球類(lèi)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，精裝修以及配套給排水、供配電、弱電、凈水系統(tǒng)、安防監(jiān)控、園林景觀、道路、地下停車(chē)場(chǎng)等附屬工程。校園道路總長(zhǎng)約2360m。其中，科技館區(qū)域50m長(zhǎng)7m寬道路軟基位于路基以下4.5m范圍。

2.2工程地質(zhì)情況

松木樁一般適宜加固位于地下水位線以下或者含水率較高的軟基，處理深度適宜為2-5m。南方中學(xué)新校區(qū)新建工程項(xiàng)目巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告顯示，該區(qū)域待處理軟基區(qū)位于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)標(biāo)高下4.5m范圍，分別為1m厚回填土，0.7m厚耕土，2.8m淤泥質(zhì)黏土，下臥層為土質(zhì)情況良好的粉質(zhì)粘土，如圖1所示。此外，因待處理軟基臨近池塘，現(xiàn)場(chǎng)土方含水率高。

為進(jìn)一步核實(shí)校驗(yàn)地勘描述的準(zhǔn)確性，以南方中學(xué)新校區(qū)新建工程為例，在場(chǎng)地平整完畢后，進(jìn)行了3處探坑，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖查驗(yàn)，軟基埋置深度與土質(zhì)情況與地勘描述相符。

2.3設(shè)計(jì)與計(jì)算

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程消防車(chē)等效均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值為26～33kN/m2，本次計(jì)算取q1=30 kN/m2。道板采用200mm厚C30素混凝土，等效荷載q2=4.8 kN/m2;水穩(wěn)層合計(jì)300mm厚，等效荷載q3=6.72 kN/m2;瀝青混凝土合計(jì)10 0mm厚，等效荷載q4=2.35 kN/m2;則正常使用極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)組合下：q=q1+q2+q3+q4=43.87 kN/m2。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，單樁軸向承載力可以通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中φ為—縱向彎曲系數(shù)，與樁間土質(zhì)有關(guān)，一般取1;η為材料的應(yīng)力折減系數(shù)，木材取0.5;[δ]為材料容許應(yīng)力，取2700 kPa;Ap為松木樁有效截面積。

此外，單樁豎向承載力特征值可按下式進(jìn)行估算：

式中α為樁端阻力發(fā)揮系數(shù);qsi和qp分別為樁周第i層上的側(cè)阻力、樁端端阻力特征值;本工程淤泥質(zhì)粘性土側(cè)阻力特征值為20 kPa，按摩擦樁計(jì)算;耕土、回填土地勘未提供相關(guān)參數(shù)，采取保守方法，不參與計(jì)算;up為樁的周長(zhǎng)，本工程為0.12π;li為第i層土的厚度，本工程厚度為2.8m ;N為樁深范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)，本工程取1。

經(jīng)由上式計(jì)算得到，， 因此，取。則每平方米需打樁根樁，取3根。綜上計(jì)算，實(shí)際松木樁加固軟基采取500mm×500mm梅花形布置，每平方布置根數(shù)為n=4根，則面積置換率m為2.56%。

根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，復(fù)合地基承載力可以按下式估算：

式中β為樁間土承載力折減系數(shù)，宜按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取0.75-0. 95，天然地基承載力較高時(shí)取大值，本工程取0.75;fsk為處理后樁間土承載力特征值，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值，本工程為38 kPa。

經(jīng)由計(jì)算得到，因此，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4加固方案

依據(jù)設(shè)計(jì)要求，通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證，最終確定南方中學(xué)新校區(qū)新建工程松木樁加固軟基方法。在加固過(guò)程中，擬采用直徑≥120mm的松木樁，500mm×500mm梅花形布置，松木樁需穿透0.5m厚回填土、0.7m厚耕土，2.8m淤泥質(zhì)黏土，錨入粉質(zhì)粘土1m。樁頂采用500m厚毛石+100mm厚碎石碾壓結(jié)板傳力。

3效益分析

3.1經(jīng)濟(jì)效益

以株洲市南方中學(xué)新校區(qū)新建工程松木樁軟基處理施工為例，本方法應(yīng)用面積為350㎡，合計(jì)1616根，7272 m。為進(jìn)一步定量化分析本方法所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，通過(guò)與預(yù)制管樁施工方法所消耗費(fèi)用高進(jìn)行對(duì)比分析得到如表1所示結(jié)果。從表中可知，相比較于預(yù)制管轉(zhuǎn)法所消耗費(fèi)用100.69萬(wàn)元，采用松木樁法進(jìn)行軟土地基加固費(fèi)用僅需71.26萬(wàn)元，其經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.2 社會(huì)效益

松木樁加固軟基施工方法具有成本低、施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)本方法的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)軟基問(wèn)題得到了良好的處理。處理350㎡軟基，從松木樁材料進(jìn)場(chǎng)至軟基處理完成，僅花費(fèi)3個(gè)工作日，且質(zhì)量驗(yàn)收一次通過(guò)，體現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)施工問(wèn)題處理的效率，受到監(jiān)理、建設(shè)等單位的一致好評(píng)，同時(shí)也為企業(yè)樹(shù)立了良好的品牌形象。

3.3節(jié)能環(huán)保效益

株洲地區(qū)松木資源良好，取材簡(jiǎn)單。松木樁加固軟基施工過(guò)程中，未采用任何有環(huán)境污染的化學(xué)產(chǎn)品，整套施工工藝能源消耗低，建筑垃圾產(chǎn)生量少，減少了土方開(kāi)挖量，對(duì)環(huán)境基本不造成影響。

4結(jié)論

本研究以株洲市南方中學(xué)軟土地基問(wèn)題為工程依托，從當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境出發(fā)，采用松木樁法對(duì)該工程軟土地基進(jìn)行處理，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了松木樁法所產(chǎn)生的各項(xiàng)效益，得到主要結(jié)論如下：

（1）松木樁法可有有效地提高地基承載力，使其滿足設(shè)計(jì)和使用要求，為軟土地基處理提供了一種新方法和新思路。

（2）以具體工程環(huán)境為依托，采用松木樁法進(jìn)行軟土地基處理可有效地縮短工期，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和節(jié)能環(huán)保效益。

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