淺析松木樁在水池構筑物中的應用

宋旭

【摘 要】軟弱地基是一種不良地基。由于軟土具有強度較低、壓縮性較高及透水性很小等特性，因此在軟弱地基上修建建（構）筑物，必須重視地基的變形和穩定問題。在軟弱地基上的建筑物往往會出現地基強度和變形不能滿足設計要求的問題，因此常常需要采取措施進行地基處理。處理的目的是提高軟弱地基的強度，保證地基的穩定，降低軟弱土的壓縮性，減少基礎的沉降。目前，針對軟弱地基的不同構成有很多不同的處理方法。文章結合工程實踐，對用松木樁處理軟弱地基的問題做一些探討。

【關鍵詞】軟弱地基；松木樁；水池

【中圖分類號】TU753.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）05-0144-03

1 工程概況

大理白族自治州洱源縣某路段排水措施中設有1個污水提升井，提升井平面凈尺寸為3.2 m×1.5 m，凈高4.7 m，水池為全埋水池，池頂無覆土，池內最高水位為1.95 m，地質條件如圖1所示。

2 地基土工程性能評價

{1}1Q4ml素填土：松散，稍濕，主要由黏性土和碎石組成，碎石成分主要為強風化灰巖、石英、石英砂巖等顆粒，為新近填筑土，填筑時經過碾壓處理。勘察揭露厚度為0.80～4.20 m，平均厚度為1.75 m，其重型動力觸探修正擊數N63.5平均值為9.9擊，承載力基本容許值fa0=120 kPa。

{1}Q4pd耕土：稍濕～濕，可塑，勘察揭露厚度為0.40～0.80 m，平均厚度為0.63 m，其重力密度為17.3 kN/m3，天然孔隙比e為1.23，液限ωL為56.5%，液性指數IL為0.32，壓縮系數a0.1～0.2為0.81 MPa-1，高壓縮性土，壓縮模量Es0.1～0.2為3.00 MPa。根據顆分資料：粒徑組成>0.5 mm的為4.4%、>0.25 mm的為3.7%、>0.075 mm的為5.4%、>0.05 mm的為25.5%、>0.01 mm的為29.4%、>0.005 mm的為4.8%、>0.002 mm的為27.5%。路基土分類為微含砂高液限黏質土，強度不均勻一，不宜直接作為路基持力層。

{2}Q4al+l黏土：濕，可塑，勘察揭露厚度為0.50～2.40 m，平均厚度為1.25 m，其重力密度為17.8 kN/m3，天然孔隙比e為1.15，液限ωL為55.4%，液性指數IL為0.31，壓縮系數a0.1～0.2為0.59 MPa-1，高壓縮性土，壓縮模量Es0.1～0.2為3.96 MPa。根據顆分資料：粒徑組成>0.5 mm的為2.4%、>0.25 mm的為3.0%、>0.075 mm的為6.1%、>0.05 mm的為28.5%、>0.01 mm的為27.6%、>0.005 mm的為4.3%、>0.002 mm的為28.0%。路基土分類為微含砂高液限黏質土，標準貫入試驗修正擊數平均為4.7擊，承載力基本容許值fa0=110 kPa，可作為路基持力層。

{3}Q4al+l淤泥質黏土：很濕，流塑～軟塑，局部夾薄層粉砂及粉土，勘察揭露厚度為2.50～7.70 m，平均厚度為4.93 m，其重力密度為16.7 kN/m3，天然孔隙比e為1.51，液限ωL為55.4%，液性指數IL為0.96，壓縮系數a0.1～0.2為0.91 MPa-1，高壓縮性土，壓縮模量Es0.1～0.2為3.21 MPa。根據顆分資料：粒徑組成>0.5 mm的為1.5%、>0.25 mm的為3.5%、>0.075 mm的為4.5%、>0.05 mm的為28.8%、>0.01 mm的為28.2%、>0.005 mm的為5.1%、>0.002 mm的為28.6%。路基土分類為微含砂高液限黏質土，標準貫入試驗修正擊數平均為2.3擊，承載力低，不能作為路基基礎持力層。承載力基本容許值fa0=50 kPa。

{4}Q4al+l黏土：很濕，軟塑～可塑，勘察揭露厚度0.80～15.90 m，其重力密度為17.1 kN/m3，天然孔隙比e為1.39，液限ωL為62.1%，液性指數IL為0.39，壓縮系數a0.1～0.2為0.88 MPa-1，高壓縮性土，壓縮模量Es0.1～0.2為3.12 MPa。根據顆分資料：粒徑組成>0.5 mm的為5.3%、>0.25 mm的為3.6%、>0.075 mm的為7.0%、>0.05 mm的為20.2%、>0.01 mm的為29.5%、>0.005 mm的為5.6%、>0.002 mm的為28.9%。路基土分類為含砂高液限黏質土，標準貫入試驗修正擊數平均為3.9擊，承載力一般，可作為路基持力層。承載力基本容許值fa0=100 kPa。

{4}1Q4al+l泥炭質土：很濕，結構松散，勘察揭露厚度為0.60～1.80 m，平均厚度為1.13 m，呈透鏡體狀、薄層狀分布于④黏土層中，其重力密度為12.5 kN/m3，天然孔隙比e為4.49，液限ωL為199.4%，液性指數IL為0.58，壓縮系數a0.1～0.2為3.38 MPa-1，高壓縮性土，壓縮模量Es0.1～0.2為1.85 MPa，有機質含量為16.59%，屬弱泥炭質土，標準貫入試驗修正擊數平均為3.4擊，承載力低，不能作為路基基礎持力層。承載力基本容許值fa0=60 kPa。

{4}2Q4al+l礫砂：松散，飽和，勘察揭露厚度為0.60～3.60 m，平均厚度為1.87 m，呈透鏡體狀、薄層狀分布于④黏土層中。根據顆分資料：粒徑組成>2 mm的為45.3%、>0.5 mm的為20.1%、>0.25 mm的為9.0%、>0.075 mm的為4.2%、>0.05 mm的為21.3%。路基土分類為含高液限細粒土的礫，標準貫入試驗修正擊數平均為8.0擊，承載力較高，層厚地段可作為路基基礎持力層。承載力基本容許值fa0=170 kPa。

3 設計計算

3.1 基本思路

根據工程概況及地質勘查報告，考慮到施工便捷及經濟合理的原則，采用松木樁對軟弱地基進行處理，基本處理思路如下：水池采用筏板基礎，基礎設計等級為丙級，基礎持力層為③淤泥質黏土，淤泥質黏土承載力為50 kPa，選用木樁作為減沉降樁，材質為杉松，木樁打穿③層，④黏土層為其樁端持力層。直徑為100～150 mm，樁長≥5 000 mm，樁施打完畢后，在樁間拋狗頭石，以擠密樁間土。上鋪300 mm厚級配砂石墊層，中粗砂為60%，碎石為40%，壓實系數為0.97。

3.2 松木樁的設計計算

在設計中，短木樁用作擠密樁時可按下式設計：

S=0.95d ■

n=A/AP

式中，S為樁的間距（m）；d為樁徑（m）；e0為擠密前土的天然孔隙比；e1為擠密后作要求達到的孔隙比，可按地基所需的承載力設計值和《建筑地基基礎設計規范》中“附錄五附表5-3”或“5-4”確定 ；n為每1 m2樁的根數；A為每1 m2地基所需擠密樁面積，A=（e0-e1）/（1+e0）；AP為單樁橫截面積（m2）。

在設計中，當樁端有硬殼層存在時，可作為端承樁，按下式計算：

Pa=Ψα[σ]A

式中，Pa為單樁承載力；Ψ為縱向彎曲系數，與樁間土質有關，一般可取1；α為樁材料的應力折減系數，木樁取0.5；[σ]為樁材料的容許壓力（kPa）。

本實例中筏板基礎附加應力及自重總值為200 kN。選④層為樁端持力層，地基土的容許承載力經綜合分析后取值100 kPa，基礎埋深滿足要求，經計算基礎尺寸為3.1×4.8 m2。持力層埋藏較淺，因此采用端承樁設計。根據公式Pa=Ψα[σ]A，當以松木為材料，樁直徑為15 cm時，[σ]為2 773.4 kPa。

Pa=1×0.5×2 773.4×（0.15/2）2×π=24.5 kN/根

每平方米所需樁數為n=200/（24.5）=8.2根/m2，實取12根/m2。

此水池以自重為主，因此木樁均勻地布置在池壁以下（如圖2所示）。

4 經濟效果分析

根據建筑預算定額，φ15 cm的松木樁5 m長每根樁工料費為80元，總費用400元。若用12 cm×12 cm混凝土預制短樁約需2 000元；若用換土墊層則需4 000元，并且因地下水位較高，換土施工難度很大。顯然用松木樁方案為首選。該工程于2015年1月竣工以來，通過使用和觀測證明，結構穩定安全。

5 結語

軟弱地基的種類很多，按成因一般可分為人工填土類地基；海相、河流相和湖相沉積而成的含淤質黏土類地基；各種山前沖積、洪積相所形成的夾卵石、漂石的黏土類地基。復雜的成因造成了它們在物理力學性能上的復雜性，它們的共同特點是承載力低、壓縮性高。目前，對厚度較大的軟弱地基一般采用各類鋼筋混凝土樁進行處理，對含水量和孔隙比較大的軟弱地基一般采用砂樁、石灰樁，化學灌漿或堆載預壓等方法處理。各種處理方法都有較強的針對性，處理方法選擇是否合理，直接影響建筑物的設計是否安全和節約成本。在實際工程中，松木樁處理軟弱地基的問題較少提及，筆者認為在條件許可的情況下采用短木樁處理某些軟弱地基不僅施工較為便捷，而且施工費用也較為經濟合理。

根據筆者在軟弱地基上工程建設的實踐經驗，軟弱地基的設計之前必須認真進行工程地質勘察和土工試驗。只有查清土層和土質的情況，才能正確地進行設計和施工；此外，必須從場地的土層和土質的特點出發，對地基與基礎的結構、施工及使用等方面進行綜合考慮，通過方案比較，合理地選擇地基處理方案。一般軟土厚度小于5 m時較為適宜用松木樁處理，為了便于打樁，樁長不宜超過4 m。作端承樁時，為了保證樁尖能進入持力層，上部可先開挖至基礎的埋深后再打樁。樁的材料必須用松木，因松木含有豐富的松脂，這些松脂能很好地防止地下水和細菌對其的腐蝕，而且價格也較為便宜。松木樁適宜在地下水以下工作，對于地下水位變化幅度較大或地下水具有較強腐蝕性的地區，不宜使用松木樁。

實踐證明，短木樁處理軟弱地基時，有施工方便、經濟效益明顯的優點。它可避免大量的土方開挖，因此在松木資源較為豐富的地區，用松木樁處理軟弱地基在經濟和技術上是可行的，是一種處理軟弱地基的有效手段。

參 考 文 獻

[1]GB 50007—2011，建筑地基基礎設計規范[S].2012.

[2]《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，1992.

[3]《給水排水工程結構設計手冊》編委會.給水排水工程結構設計手冊[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[4]龔曉南.地基處理手冊[M].第3版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

[5]唐玲玲，邱飛.軟弱地基的松木樁處理在水庫除險加固工程中的應用[J].企業科技與發展，2009（16）：173-174.

[6]周鳳杯.松木樁基礎在淤泥地基處理探析[J].企業科技與發展，2008（16）：183.

[責任編輯：陳澤琦]