小圓木樁在寶射河治理工程軟土地基處理中的應(yīng)用

張?jiān)迫A 郝中文 胡勇剛

（寶應(yīng)縣水務(wù)局，江蘇寶應(yīng) 225800）

1 工程概述

寶應(yīng)縣中小河流寶射河位于寶應(yīng)運(yùn)東地區(qū)，是寶應(yīng)縣五橫四縱的河道之一，也是里下河地區(qū)的骨干排澇河道之一。該河道東西走向，西起寶應(yīng)船閘與里運(yùn)河相通，向東經(jīng)望直港、卞家大樹、牌樓莊、王家大橋、高夏至大黃土溝與黃沙港銜接，全長(zhǎng)37.52km，是里下河腹部地區(qū)主要航道之一。流域面積近 284km2，保護(hù)人口 25萬人，保護(hù)耕地面積27萬畝。

河道運(yùn)行數(shù)十年，沿線穿城區(qū)、集鎮(zhèn)、村莊，淤積堵塞嚴(yán)重，過水?dāng)嗝嫖s。南堤局部堤防標(biāo)準(zhǔn)偏低、河坡?lián)p毀、塌坍，排澇標(biāo)準(zhǔn)不足五年一遇，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足十年一遇，加之沿線工程老化失修，大部分涵閘因病險(xiǎn)等原因無法正常運(yùn)行，致使寶射河效益衰減，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。綜合整治寶射河，提高該區(qū)防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)，從而為經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

要解決該片地區(qū)的水利矛盾，針對(duì)該片地區(qū)的地形特點(diǎn)，對(duì)中小河流進(jìn)行整治、擴(kuò)大外排出路、加強(qiáng)河網(wǎng)溝通等措施均為有效途徑。因此寶射河上段整治已列入《揚(yáng)州市重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理近期建設(shè)規(guī)劃》中治理項(xiàng)目。

根據(jù)《揚(yáng)州市重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理近期建設(shè)規(guī)劃》以及江蘇省水利廳《關(guān)于做好重點(diǎn)地區(qū)中小河流治理建設(shè)規(guī)劃編制有關(guān)工作的通知》，本著輕重緩急、兼顧全局的原則，對(duì)寶射河上段先行整治，起點(diǎn)寶應(yīng)大河，終點(diǎn)營(yíng)沙河，工長(zhǎng)11.3km，主要工程內(nèi)容包括老河道疏浚、圩堤加固、塊石護(hù)砌及沿線配套建筑物等。

2 工程地質(zhì)

在場(chǎng)地勘探范圍內(nèi)，根據(jù)土層的成因類型，物理力學(xué)性指標(biāo)，描述如下。

第1層：人工堆土，灰黃色粘土，表層含植物根系，結(jié)構(gòu)松散，土質(zhì)不均。多位于地下水位以上，多處于不飽和狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù) N＝4擊，比貫入阻力 Ps＝1.18MPa，層厚 0.5～4.2m，平均層厚2.4m，場(chǎng)地普遍分布。

第2層：灰黃色粘土，多數(shù)軟塑～流塑狀態(tài)，少數(shù)可塑狀態(tài)，N＝2擊，允許承載力建議值[R]＝70kPa，壓縮模量Es＝4.46MPa。層厚 0.7～3.2m, 平均層厚1.9m，場(chǎng)地普遍分布，局部缺失。

第2-1層：灰色淤泥，流塑～軟塑狀態(tài)。N＝1擊，[R]＝50kPa，Es＝0.51MPa。層厚 1.5～4.3m, 平均層厚3.1m，場(chǎng)地普遍分布，局部缺失。

第3層：灰黃色粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，可塑狀態(tài)。N＝8.8擊，Ps＝2.29MPa，[R]＝180kPa，Es＝6.00MPa，層厚 1.5～3.5m，平均層厚 2.2m，場(chǎng)地普遍分布，局部缺失。

第4層：灰黃色粘土夾壤土，多數(shù)可塑狀態(tài)，少數(shù)硬塑狀態(tài)。N＝9.2擊，Ps＝2.96MPa，[R]＝140kPa，Es＝10.13MPa，層厚 1.0～4.7m，平均層厚2.5m，場(chǎng)地普遍分布。

第5層：灰黃、黃色壤土夾砂壤土，其中壤土多數(shù)可塑狀態(tài)，少數(shù)硬塑狀態(tài)；砂壤土密實(shí)狀態(tài)。N＝14.6 擊，Ps＝5.29MPa，[R]＝160kPa，Es＝14.81MPa。部分鉆孔揭穿，層厚 1.4～6.8m，平均層厚2.4m，場(chǎng)地普遍分布。

第6層：灰黃色壤土夾粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核、砂礓，其中粘土硬塑狀態(tài)；壤土多數(shù)硬塑狀態(tài)，局部可塑狀態(tài)。N＝20.5擊，[R]＝320kPa，本次勘察未穿透該層，最大揭示厚度6.1m。

3 地基處理

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合寶射河航道“五改四”升級(jí)，確定河底高程位于▽-2.5m，將護(hù)砌翻砌為塊石駁岸墻，頂高程為2.8m，底板頂高程0.0m。

結(jié)合土層土質(zhì)情況，基礎(chǔ)大部分在第3層土、第4層土，局部在第2～1層土上，第3層、第4層土可作為河道疏浚基礎(chǔ)的天然地基持力層。但由于第 2～1層土強(qiáng)度低，壓縮性高，不宜作基礎(chǔ)持力層，需對(duì)第 2～1層土進(jìn)行強(qiáng)度和變形驗(yàn)算，或進(jìn)行局部處理。第4～6層土力學(xué)強(qiáng)度一般或較高，作為下臥層可以滿足設(shè)計(jì)要求。

由于局部駁岸墻底高程位于第 2～1層為灰色淤泥，流塑～軟塑狀態(tài)。N＝1擊，[R]＝50kPa，土強(qiáng)度低且沿線土質(zhì)變化較大，土質(zhì)力學(xué)指標(biāo)離散性大，需進(jìn)行地基處理。根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，推薦采用深層攪拌樁加固地基，但由于深層攪拌樁需進(jìn)行試樁，寶射河工程在汛前施工，需要保證安全度汛，工期不能保證，因此在實(shí)際施工中變更為采用小圓木樁加固地基。

具體布置：木樁在平面縱橫方向上呈等間距排列，間距為1.1m，樁長(zhǎng)為5m（小頭直徑為14～16cm，大頭直徑為20～22cm）（詳見圖1）。

圖1 寶射河河道斷面設(shè)計(jì)圖

3.1 地基加固機(jī)理

小圓木樁加固地基，其加固機(jī)理是采用端承樁群樁共同承受荷載（包括上部建筑物永久荷載和駁岸墻上活荷載），利用木樁的順紋抗壓性能較好，將上部荷載通過木樁直接傳遞給下部能夠滿足承載要求的持力層。利用木樁的抗剪性能來抵抗側(cè)面的堤防土壓力。而且，在水位變化區(qū)以下，木材含水率長(zhǎng)期處于纖維飽和點(diǎn)以上，木材不易腐爛，也是木樁能用于軟土地基處理的一個(gè)重要因素。

3.2 指標(biāo)計(jì)算

3.2.1 木樁指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)端承樁承載特點(diǎn)，不考慮群樁效應(yīng)時(shí)，單樁承載力【R】≧R=1.2S/n；R —單樁承載力計(jì)算值，1.2—安全系數(shù)，S—上部永久荷載和活荷載之和，n—單位面積內(nèi)樁數(shù)，根據(jù)【R】值選取合乎要求的木樁。

在本工程中選取了杉木，杉木的順紋抗壓強(qiáng)度通常為 70MPa，能夠滿足要求。木材抗剪能力一般能滿足要求，不需驗(yàn)算。

3.2.2 樁基持力層的選擇

一般應(yīng)選擇壓縮性低而承載力高的較硬土層作為樁基持力層。當(dāng)?shù)鼗写嬖诙鄬涌晒┻x擇的樁基持力層時(shí)，應(yīng)根據(jù)樁基承載力、樁位布置和樁基沉降的要求并結(jié)合有關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)確定。在本工程中選擇第3層作為持力層，第3層，灰黃色粘土，含鐵錳質(zhì)結(jié)核，[R]＝180kPa，層厚 1.5～3.5m，能夠滿足承載力要求。

樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度，對(duì)于粘性、粉土不宜小于2d。當(dāng)存在軟弱下臥層時(shí)，樁基以下硬持力層厚度不宜小于4d。當(dāng)持力層較厚且施工條件許可時(shí)，樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度宜達(dá)到樁端阻力的臨界深度。在本工程中樁端全斷面進(jìn)入持力層的深度取1m，且樁基以下硬持力層厚度能夠滿足要求。

4 施工方法與施工步驟

4.1 施工方法

小圓木樁加固地基的施工方法簡(jiǎn)便，主要是將木樁按設(shè)計(jì)位置打入土中，主要有以下幾點(diǎn)。

（1）在設(shè)計(jì)位置標(biāo)示出打樁位置。

（2）將木樁運(yùn)輸至設(shè)計(jì)位置附近并涂刷防腐漆。

（3）用10#鐵絲在木樁大直徑一頭纏繞3-4圈，形成樁帽。

（4）用反鏟式挖機(jī)綁扎吊繩，將木樁吊到設(shè)計(jì)位置。

（5）解除吊繩，人工穩(wěn)定木樁。

（6）挖機(jī)用抓斗反面壓木樁入土 1m，校正木樁垂直度，保證木樁垂直。

（7）用挖機(jī)勻速壓木樁入土，速度約為1m/min（視土質(zhì)而定，如土質(zhì)較軟，可加快速度）。

（8）最后 1m，用挖機(jī)抓斗反面錘擊木樁樁帽處，因已進(jìn)入持力層，木樁僅靠壓力已不能進(jìn)入較緊密的持力層，需要錘擊加大壓樁壓力。

（9）木樁打入設(shè)計(jì)深度后，將木樁上端統(tǒng)一高度，按照進(jìn)入承臺(tái)20cm考慮，澆筑混凝土承臺(tái)。

4.2 施工步驟

寶射河治理工程的施工，因?yàn)榕c寶射河航道“五改四”升級(jí)，南岸需退堤筑堤，從▽-1.5m填筑至▽5.0m；迎水面建設(shè)護(hù)岸，航道部門又有特定要求,指定為重力式擋墻。而重力式擋墻的施工，在墻身建成后，堤后不能有過高的集中荷載，否則容易造成擋墻側(cè)向土壓力過高，超過擋墻承載能力，使得擋墻整體傾向河道中。

根據(jù)以上情況，寶射河施工采用先從▽-1.5m筑堤至▽2.8m，在筑堤過程中設(shè)立沉降觀測(cè)點(diǎn)，如沉降過大（在施工過程中控制沉降≦2mm/24h），需立即停止筑堤，等沉降穩(wěn)定后再繼續(xù)筑堤。然后開挖擋墻基坑，基坑開挖后，打設(shè)小圓木樁，澆筑混凝土底板，擋墻建成后，在▽2.8m上繼續(xù)筑堤至▽5.0m。

5 結(jié) 語

由于成土環(huán)境的不同，會(huì)造成具有不同性質(zhì)的特殊性土。工程實(shí)際中經(jīng)常遇到的特殊性土常為軟土，由于軟土承載能力低，沉降大，因此需進(jìn)行地基處理。常用地基處理方案較多，一般為換砂墊層，深層攪拌樁和灌注樁等。

由于工程造價(jià)和工期影響，在小型水利工程中有時(shí)需要采取一些簡(jiǎn)便易行的地基加固措施。小圓木樁加固地基是其中的一種。由于木材順紋抗壓強(qiáng)度較高，在水位變化區(qū)以下不易腐爛；而且打設(shè)小木樁施工簡(jiǎn)易，便于操作。因此在小型水利工程中常有采用。但要注意以下幾點(diǎn)。

（1）在基礎(chǔ)下部軟弱下臥層下有較高承載能力的持力層可供使用。

（2）基礎(chǔ)必須位于常水位線以下，不能處在水位變化區(qū)。

（3）木樁打設(shè)過程中，不能對(duì)樁造成損壞。

（4）木樁材質(zhì)選擇，應(yīng)保證有足夠的順紋抗壓強(qiáng)度。