淺層軟土地基處理方法

邱乾勇，羅海東，陳 佳

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京 210006）

0 前言

軟土地基是一種具有強(qiáng)度較低、壓縮性較高和透水性較小等特性的不良地基，習(xí)慣上也把工程性質(zhì)接近淤泥土的粘性土統(tǒng)稱為軟土。軟土地基承載力和變形往往都不能滿足設(shè)計(jì)要求，因此需采取地基處理措施來(lái)提高地基的強(qiáng)度和減少地基沉降。目前常用的軟土地基處理方法主要是排水固結(jié)法、換填法、砂石擠密樁、水泥攪拌樁、鉆孔灌注樁、預(yù)制混凝土樁、松木樁等方法，而松木樁是一種不為人所稱道的地基處理方法。

松木富含松脂,防腐能力良好，諺語(yǔ)有“水上千年杉,水下萬(wàn)年松”之說(shuō),作為一種古老的地基處理方法,松木樁具有取材容易、施工技術(shù)簡(jiǎn)單易行、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，目前松木樁地基承載力計(jì)算尚未完善，國(guó)家尚無(wú)設(shè)計(jì)規(guī)范可循。本文根據(jù)松木樁加固機(jī)理的特性,并結(jié)合工程實(shí)例,論述了松木樁地基處理的設(shè)計(jì)方法。

1 松木樁軟土地基加固機(jī)理

采用松木樁加固的軟土地基屬?gòu)?fù)合地基的范疇。松木樁對(duì)軟土地基加固機(jī)理為[1]:

（1）樁體效用。松木樁復(fù)合地基中樁體的剛度比樁間土體的大,在荷載作用下,為了保持樁體和樁間土之間變形協(xié)調(diào),地基中的應(yīng)力將材料模量分配。因此,樁體上產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,使樁體承擔(dān)較大比例的荷載,樁間土承擔(dān)的荷載相應(yīng)減少,可將地基荷載傳遞到深處土層,確保樁對(duì)地基的加固作用。

（2）墊層效用。松木樁復(fù)合地基的加固區(qū)宏觀上可視作—復(fù)合土體,其力學(xué)性能比原天然地基好，在荷載作用下,復(fù)合土體能起到均勻應(yīng)力、增大壓力擴(kuò)散角作用，有利于提高地基承載力,減少地基沉降量。

（3）擠密效應(yīng)。松木樁復(fù)合地基在施工過(guò)程中對(duì)樁間土體的擠密作用,使樁間土壓實(shí),從而使樁間土的承載力得到提高，壓縮性降低。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

南京市浦口區(qū)某河道整治工程，設(shè)計(jì)堤防斷面采用復(fù)試斷面，迎水坡設(shè)2 m高漿砌石擋墻，墻后為2 m寬景觀平臺(tái)，平臺(tái)以上為1∶2斜坡。設(shè)計(jì)斷面如圖1所示。

圖1 堤防設(shè)計(jì)典型斷面圖（單位：mm）

2.2 地基應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)《水工擋土墻設(shè)計(jì)規(guī)范》，擋墻基底應(yīng)力按式（1）計(jì)算：

ΣG——作用在擋土墻上的全部垂直于水平的荷載；

ΣM——作用于涵洞基礎(chǔ)底面的全部荷載對(duì)基礎(chǔ)底面垂直水流方向形心軸的力矩；

A——擋土墻基底面的面積；

W——擋土墻基底面對(duì)于基底面平行前墻墻面方向形心軸的截面矩。

計(jì)算得地基最大應(yīng)力設(shè)計(jì)值為65.5 kPa。

根據(jù)地堪報(bào)告，本次工程約有500 m長(zhǎng)的擋墻基礎(chǔ)在②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，層厚為3.5～4.0 m。該層土承載力為50 kPa，地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，因此需要進(jìn)行地基處理。從安全性能、施工進(jìn)度、工程投資等方面對(duì)多種地基處理設(shè)計(jì)方案作了認(rèn)真必選，最終選取木樁處理方法。

2.3 松木樁基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)采用松木樁長(zhǎng)度為5m，樁徑0.15 m，間距0.6 m，梅花形布置。

2.4 松木樁基礎(chǔ)承載力計(jì)算

2.4.1 單樁承載力計(jì)算

（1）按材料強(qiáng)度確定單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值

松木樁單樁承載力按樁材強(qiáng)度確定的單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值按式（2）計(jì)算[2,3]:

式（2）中：RK——單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

φ——縱向彎曲系數(shù),與樁間土質(zhì)有關(guān),一般取1；

a——樁材料的應(yīng)力折減系數(shù),木材取0.5；

[σ]——樁材料的容許應(yīng)力,取2 500 kPa；

AP——樁端截面積，m2。

計(jì)算得=22.08 kN

（2）按照土抗力確定單樁承載力

松木樁的單樁標(biāo)準(zhǔn)值由側(cè)摩擦力與樁端承載力組成，即：

式（3）中：RK——單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

uP——樁身平均周長(zhǎng)，m；

qSi——樁周第i層土的側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）， 取 10 kPa；

li——樁穿越第i層圖的厚度，m；

a——樁端阻力修正系數(shù)，取0.5；

qp——樁端土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），取50 kPa；

AP——樁端截面積，m2。

計(jì)算得RK=23.99 kN。取上述兩種計(jì)算方法中小值，即單樁承載力RK=22.08 kN。

2.4.2 木樁復(fù)合地基承載力計(jì)算

木樁復(fù)合地基承載力計(jì)算參照深層攪拌樁進(jìn)行計(jì)算[4]：

式（4）中：fspk——復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa,；

m——面積置換率；

Rk——單樁豎向承截力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；

AP——木樁截面積，m2；

fsk——樁間天然地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa），取 50 kPa；

β——樁間土承截力折減系數(shù),取0.8。

計(jì)算得fspk=73.61 kPa>65.5 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.5 松木樁施工

本次木樁施工采用液壓挖掘機(jī)打樁，每4～8min即可打一根樁，施工質(zhì)量和工期都得到了有效的控制。為了使擠密效果好,提高地基承載力，打樁時(shí)由基底四周往內(nèi)圈打樁。打樁完畢后，按設(shè)計(jì)高程鋸平樁頭，清挖打樁時(shí)擠出的淤泥，在樁頂鋪設(shè)0.3 m厚級(jí)配砂石褥墊層并加以壓實(shí)，然后再澆筑擋墻墊層及底板，每根樁的樁頭嵌入混凝土墊層中。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，軟土地基設(shè)計(jì)前必須認(rèn)真進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，查清土層及土質(zhì)情況，通過(guò)方案比選，綜合考慮，合理選擇地基處理方案。一般軟土厚度小于5 m時(shí)較為適宜用松木樁處理。松木樁適宜在地下水位以下的環(huán)境工作,對(duì)于地下水位變化幅度較大或地下水具有較強(qiáng)腐蝕性的地區(qū)不宜使用松木樁。由于受樁身強(qiáng)度和樁長(zhǎng)的限制，松木樁的單樁承載力不會(huì)很大，一般在25 kN以下，因此，松木樁主要用于設(shè)計(jì)承載力不是很高的工程，通常設(shè)計(jì)最大地基應(yīng)力不超過(guò)100 kN/m2?？傊?，松木樁處理軟土地基具有施工工藝簡(jiǎn)單、處理效果明顯、材料來(lái)源廣泛、施工速度快、工程造價(jià)省等優(yōu)點(diǎn),特別是對(duì)一些簡(jiǎn)單的軟弱地基加固具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1]吳寧.松木樁在軟土地基加固中的應(yīng)用[J].云南交通科技,2003，19(5)：22-24.

[2]GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]龔曉南.地基處理手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1992.

[4]JGJ 79-2002，建筑地基處理設(shè)計(jì)規(guī)范[S].