木麻黃樁在堤防軟土地基中的設計與應用

李皇勝/中水珠江規劃勘測設計有限公司海南分公司

木麻黃樁在堤防軟土地基中的設計與應用

李皇勝/中水珠江規劃勘測設計有限公司海南分公司

本文在介紹了木麻黃樁加固軟土地基原理的基礎上，就木麻黃木樁的設計計算、適用范圍、施工工藝流程和操作進行探討，結合堤防工程實例，表明在特定的條件下，木麻黃樁用于軟土地基的加固具獨特的優勢。

軟土地基；木麻黃樁；加固原理；應用

在河道堤防工程施工中，軟土地基是一種常見的地基，它一般具有強度較低、壓縮性較高和透水性較小以及含水量大等特點，一般都不能滿足堤防或涵閘等建筑物基底承載力的要求。軟基處理根據軟弱地基的面積、深度以及承載力要求等，可采用拋石、水泥土攪拌樁、粉噴樁、換填等多種處理方法。但在地下水位較高，軟基面積不大而軟基深度較深的情況下由于其施工地域狹小、工程量相對較少，采用換填處理需要對軟土挖除，換填透水性好的材料，不僅施工困難而且極易塌方；采用水泥土攪拌樁、粉噴樁等又因工程量小而增大成本，同時也拖延了工期。在海南沿海地區，對于中小水利工程，采用木麻黃樁進行處理不僅施工較為方便快捷，而且施工工藝也比較簡單，成本也較低，也是一種較好的軟基處理方法。

木麻黃別稱馬毛樹、駁骨松，生長迅速，抗風力強，能耐鹽堿，是中國南方濱海防風固林的優良樹種。我國民間采用木樁處理地基的工程不少，作為一種古老的地基處理方法，木樁復合地基在現行技術規范中均未提及，因而對木樁處理軟土地基往往停留在經驗上，技術人員不敢輕易采用。本文結合筆者在海南當地的堤防工程實踐，對用木麻黃處理軟土地基的問題進行一些探討，以供參考。

一、木麻黃加固軟土地基原理

復合地基是指部分土體被增強或被置換，形成由地基土和豎向增強體共同承擔荷載的人工地基[1]。木麻黃樁復合地基和其它復合地基相比，除樁的材料不同外，其余均有相似之處，其加固機理：一是樁體的的支撐作用，木麻黃樁復合地基以木麻黃樁取代了與樁體體積相同、低強度土體，在承受外荷載時，基礎中應力按樁土應力比重新分配。應力向樁體逐漸集中，樁周土體所承受的應力相應減少，大部分荷載由木樁承受。由于樁的強度和抗變形能力均優于土體，故而形成后的復合地基承載力、模量也優于原土體，從而達到減小變形，提高承載力的效果。二是擠密作用：木樁施工時，采用靜力壓入法打入，樁孔位置原有土體被強制側向擠壓，使樁周一定范圍內的土層密實度提高，起到擠密作用。根據樁體的材料、強度與承載力，可分為剛性、柔性和半剛性樁，筆者認為，和水泥土攪拌樁類似，木麻黃木樁可以算作半剛性樁。基礎荷載主要通過樁下傳，土的主要受力區在加固深度中間，或者接近基底或樁底。

木麻黃樁處理堤防軟土地基的機理就是利用木樁能夠對軟土地基進行擠密并形成整體以提高地基承載力。在無堅硬持力層的情況下，靠樁間擠密軟土層，使軟土的孔隙比達到要求，并在樁頂用片石混凝土或片石嵌縫碎石填隙，形成剛性承載面，從而樁、軟土和片石混凝土或片石層共同形成整體支撐體系來承受基礎荷載，增加了基底的整體性，以提高地基承載力，避免不均勻沉降；在有堅硬持力層的情況下，木樁除了起到擠密軟土作用外，還靠自身的承載能力傳遞荷載至持力層，因而，在這種情況下，主要由木樁與頂面的片石混凝土或片石層形成支撐體系，擠密后的軟土孔隙比并不能達到承載的擠密程度，所以木樁承受大部分的荷載，受擠密后的軟土承受荷載相對要小得多，在計算時要重點考慮木樁的承載能力，同時也要考慮軟土承受的荷載。

二、設計計算方法

木麻黃樁復合地基承載力計算無現行規范可依，筆者結合工程實踐，參照規范[1]，認為可按有粘接強度增強體復合地基，即規范[1]7.1.5-2式計算確定。

（一）單樁承載力Ra的確定

1.由樁周土和樁端土的抗力所提供的單樁承載力，按下式計算：

式中：Ap為樁的截面積（m2）；up為樁的周長（m）；qsi為樁周第i層土的側阻力特征值（kPa），可按地區經驗確定；li為樁長范圍內第i層土的厚度（m）；qp為樁端地基土未經修正的承載力特征值（kPa）；αp為樁端端阻力發揮系數，取0.5。

2.樁身材料強度確定的單樁承載力。

式中：η為樁身強度折減系數，王志鑫[2]采用木材取為0.5；fcu為木麻黃抗壓強度，可根據規范[3]取。

比較兩式算出的Ra值，取較小者作為單樁承載力特征值。

（二）樁復合地基承載力

木麻黃樁復合地基承載力特征值按規范[1]7.1.5-2式計算：

式中：λ為單樁承載力發揮系數，可取1.0；Ra為單樁豎向承載力特征值（kN）；m為面積置換率；fsk為樁間土體承載力標準值（kPa），根據地質勘察報告取；β為樁間土承載力發揮系數，可按地區經驗取值。

三、木麻黃樁適用范圍和施工工藝

（一）木麻黃樁處理軟土地基的適應條件：

首先，軟土厚度一般小于5.0m。其次，軟土地基必須在滿足設計埋深以，且在年最低水位以下，以保證木麻黃樁常年浸在水中，防止木麻黃樁時干時濕，腐朽變質。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，不宜使用木麻黃樁。最后，只適用于上部荷載不大的中小型建筑物，通常設計最大地基應力不超過130kPa。

（二）對木麻黃樁的要求

首先，木麻黃樁的長度一般不宜長于6.0m，因為太長，就難就地取材，材料貴且不經濟，還不易打樁；但也不宜短于2.5m。其次，木麻黃樁的尾徑一般取10～20cm，樁頭用斧頭削尖。

（三）操作過程

1.探明軟土地基的厚度以確定木麻黃樁的長度，每隔2～3m試探。

2.打樁：打樁設備可采用鋼板樁施工設備，使用最多的是振動打樁機。無鋼板樁施工設備時，可用挖掘機，方法是用挖掘機的挖斗倒過來扣壓樁，功效較高，僅需兩人扶樁到位，由挖斗輕按至樁入土自穩，然后人走開，由挖掘機壓樁。

3.打樁時，為使擠密效果好，必須由基底四周往內圈施打。樁的布置以梅花形為好，樁間距離不宜小于3倍樁徑。

4.打樁，完畢應鋸平樁頭，使每根樁的樁頂基本水平。清挖打樁時擠出的淤泥，然后采用塊石灌砂回填，一般厚度為20～30cm，保證基礎不包樁頭，使受力均勻。在基礎下設置褥墊層可減小樁土應力比，充分發揮樁間土的作用，即可增大β，減少基礎底面的應力集中。

5.最后取土樣做土工試驗，或用長桿貫入儀驗證處理后地基的實際承載能力是否滿足設計要求。

四、工程實例

實例1 海南省文昌市某防洪（潮）項目，河道為出海口感潮河段，位于老城區內，堤防迎水面采用直立式懸臂擋墻，最大基底應力為117kPa。鉆孔資料揭露堤基土層自上而下為素填土、淤泥質粉質粘土、粘土、層砂質粘性土、強風化花崗巖。擋墻坐落于淤泥質粉質粘土上，該層天然地基承載力特征值不足60kPa，飽和，軟塑，局部含有少量石英砂粒及貝殼碎屑，偶夾有腐殖質，切面有光澤，干強度中等，韌性中等，標準貫入試驗擊數N=1～2擊。原設計基礎采用水泥土攪拌樁進行處理，但在實施過程中，由于場地條件限制，樁機無法作業，后經經濟和施工難易比選分析，改為采用木麻黃樁處理方案。經計算，采用木麻黃樁樁長5m，可進入砂質粘性土持力層，木樁尾徑不小于0.12m，梅花形布置，間距為0.5m可滿足承載力要求。

該方案操作簡便，對周邊市政管網和設施影響較小，大大推進了工程進度，投資上也和原方案基本持平。工程完工后，堤防經過幾次臺風洪水，擋墻運行完好。

圖1 擋墻基礎處理斷面圖

圖2 擋墻基礎處理平面布置圖

實例2 海南省東方市某防洪（潮）項目，堤防為砼矮墻加斜坡土堤結構，中下游段施工過程中，開挖揭露約140m長的原有養殖魚塘范圍內，分布有淤泥質土，為軟土層，流塑～軟塑狀，壓縮性高，承載力低，抗剪強度低，厚度約5m，埋深相對較淺，對堤基抗滑穩定影響較大。軟土層滲透性能弱，標貫擊數1～3擊，平均標貫擊數2.2擊，無法滿足擋墻和堤身承載力要求。經經濟和施工難易比選分析，迎水面擋墻和堤身基礎增加木麻黃樁和砂墊層組合處理，以提高基底承載力。采用木麻黃樁尾徑不小于0.1m，平均樁長5m，梅花形布置，擋墻范圍內樁距為1m，堤身范圍內樁距為1.5m。處理后通過現場地基荷載實驗表明，復合地基承載力擋墻范圍大于80kPa，堤身范圍大于70kPa，分別滿足擋墻和堤身承載力要求。

該處理方案無需等待地基長時間沉降固結，見效快，施工設備可通過堤身并碾壓無明顯沉降，極大推進了工程進度。

五、結束語

實踐證明，對于地基承載力要求不高，且軟弱土層厚度不大時，木麻黃樁處理堤防軟弱地基不僅技術簡單易行且施工方便快捷。在木麻黃資源比較豐富的地區，采用木麻黃樁復合地基，在技術上是可行的，經濟上是合理的，與其他昂貴的處理措施相比，可降低工程造價，效果顯著，是一種因地制宜處理軟弱地基的有效方法。

[1]建筑地基處理技術規范（S）．北京：中國建筑工業出版社，2012．

[2]王志鑫，唐鷹，李龍飛，林師興．“木麻黃”樁復合地基的應用[J]．山西建筑，2013，39（25）：49-50．

[3]木結構設計規范（S）．北京：中國建筑工業出版社，2004．