松木桩处理软土地基的设计与施工

松木桩处理软土地基的设计与施工

作者：卢国源 （中铁二十五局集团柳州铁路工程有限公司，广西 柳州 545007）

发布时间： 2009-5-26

摘要：用松木桩处理软基是一种取材容易、造价较低、施工简便的地基处理方法。松木桩适宜在地下水位以下的环境工作，适用于软土地基厚度较浅的工程。 关键词：松木桩；软土地基；设计施工 中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-1145（2009）14-0139-02

软弱土是指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土，广泛分布于我国东南沿海地区和内陆江河湖泊的周围，通称软土。由软弱土组成的地基为软土地基。近年来越来越多的工程在软土地基上兴建，但以软土作为建筑物的地基有很多不利的因素。由于软土的强度很低，压缩性较高，不能承受较大的建筑物荷载，建筑物基础的沉降和不均匀沉降往往比较大，因此在软土地基上建造建筑物，要求必须对软土地基进行处理。

松木富含松脂，防腐能力良好。古谚语有“水上千年杉，水下万年松”之说，采用木桩对软土地基进行处理时，一般都选用松木桩。作为一种古老的地基处理方法，松木桩以其取材容易、施工技术简单易行、造价较低的优点在广西尤其是山工程区获得了广泛的应用。令人遗憾的是，松木桩作为一种有效的地基处理方法，在《建筑地基处理技术规范》、《建筑地基基础设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》等技术规范中均未提及。笔者结合工程实践经验，就用松木桩处理软土地基的设计和施工进行一些总结，以供参考。 一、工程概况

广西梧州某山区公路工程1-4.0×2.5盖板涵，分离式基础，单幅基础面积为32m2（B=2.85m，L=11m）。地下水位平均埋深0.5m，涵洞基础埋深H=1m，设计基底应力为200KPa。工程地址处地质为淤质粘土，呈软塑状，地下水丰富，水位高，经实地采用松木桩试探，持力层的实际埋深约4m。经分析比较，确定采用松木桩处理地基。 图1

二、松木桩的施工

（一）松木桩设计（按挤密桩）

本工程持力层埋深4m，在设计中，桩端有硬壳存在，可作为端承桩，按下式计算： Pa=Ψa[σ]A Pa—单桩承载力

Ψ—纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般可取1 a—桩材料的应力折减系数，木桩取0.5 [σ]—桩材料的容许压力

因持力层埋藏较浅，因而采用端承桩设计。根据上式，当以松木为材料，桩直径为15cm时，[σ]为2773.4kPa

Pa=1×0.5×2773.4×（0.15÷2）2×π=24.5KN/根 桩间距 n=A/AP S-桩的间距 d-桩径（m）

e0-挤密前土的天然空隙比

e1-挤密后要求达到的空隙比，可按地基所需的承载力设计值再根据《建筑地基基础设计规范》附录五附表5-3或5-4确定。 n-每m2桩的根数

A-每m2地基所需挤密桩面积，A=（e0-e1）/（1+e0） Ap-单桩横截面积（m2）

经计算，当基础土质为塑-可塑时，压入直径15cm的松木桩作挤密桩处理，长4m，桩距50cm，梅花形布置。 （二）松木桩的施工方法

压松木桩前，先清除基地以下30cm淤泥，使基础顶面大致平整。松木桩间距50cm，梅花形布置，预留桩头15～20cm，松木桩打入完成后，在桩间夯填30cm厚片石灌碎石，加以夯实，使桩与桩之间挤紧。为了在打桩时能顺利贯入地基，减少阻力，保护桩头，将松木桩尾部削成尖锥状。

根据打桩的方法不同，可分为人工打木桩和机械打木桩。常用的打桩机械有手摇卷扬机和柴油打桩机，液压挖掘机亦经常用于打木桩。用液压挖掘机打桩时需两人扶桩就位，将挖斗倒过来扣压木桩，将木桩压入地基一定深度自稳，然后让扶桩人走开，由挖掘机将松木桩压下去，一般每3～5min即可打一条桩，工效较高。为了使挤密效果好，提高地基承载力，打桩时必须由基底四周往内圈施打。桩的布置以梅花形为好，桩间距离不宜小于3倍桩径。打桩完毕后应按设计高程锯平桩头，使每根桩的桩顶基本保持在同一水平面，清挖打桩时挤出的淤泥，在桩顶铺设20～30cm厚级配砂石褥垫层并加以压实，然后再浇筑底板混凝土，以保证基础通过褥垫层把一部分荷载传到桩间土上，调整桩和土的分担作用。在基础下设置褥垫层可减小桩土应

力比，充分发挥桩间土的作用，即可增大β值，减少基础底面的应力集中。通过改变褥垫层厚度，调整桩垂直荷载的分担褥垫层越薄，桩承担的荷载占总荷载的百分比越高，反之亦然。如果不设褥垫层，则不能发挥桩间土的作用。 （三）质量检测

施工完成后，进行沉降观测，通车一年后观测无明显沉降，结构稳定安全，表明处理效果很好。

三、结论与建议

根据笔者在软土地基上进行工程建设的实践经验，实践证明，松木桩在处理软弱地基时，不仅技术简单易行施工方便快捷，而且可以避免大量的土方开挖。在松木资源比较丰富的地区，用松木桩处理软弱地基在技术上是可行的，经济上是合理的，与其他较昂贵的处理措施相比，可降低工程造价，经济效益显著，是一种因地制宜处理软弱地基的有效方法。 参考文献

[1]杨位．地基与基础（第三版）[Ｍ]．北京：中国建筑工业出版社，1998．

[2]中国建筑科学研究院．建筑地基处理技术规范ＪＧＪ79-2002[Ｍ]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[3]中华人民共和国建筑部．建筑地基基础设计规范ＧＢ50007-2002[Ｍ]．北京：中国建筑工业出版社，2002．

[4]中华人民共和国原城乡建设环境保护部．建筑地基基础设计规范ＧＢＪ7-89[Ｍ]．北京：中国建筑工业出版社，1994．

[5]中国建筑科学研究院．建筑桩基技术规范ＪＧＪ94-94[Ｍ]．北京：中国建筑工业出版社，1995．

摘要:目前针对软土地基的不同构成有很多不同的处理方法。文章结合自己多年的工作实践,对用短木桩处理涵洞软土地基的相关技术进行探讨。

关键词:短木桩;涵洞;软土地基1软土地基的种类及常见的正理方法

软土地基按其沉积环境一般可分为人工填土类、滨海沉积类、湖泊沉积类、河滩沉积类、沼泽沉积类形成的含淤质粘土类地基及各种山前冲洪积相形成的夹卵石、漂石的淤质粘土类地基。目前对厚度较大的软土地基一般采用各类桩基础进行处理,对含水量和孔隙率较大的软土地基一般采用砂桩、石灰桩、化学注浆或载荷堆压处理,对填土类地基一般采用强夯法和换土垫层的方法处理。各种处理方法都有较强的针对性,处理方法选择是否合理,直接影响到结构物的使用安全和经济成本,在实际工程施工中,用短木桩处理软土地基问题较少提及,文章认为在条件许可的情况下采用短木桩处理软土地基,不仅施工较为便捷,而且费用也较为合理。

2用短木桩处理涵洞软土地基实例

2.1工程的地质概况

该工程位于省道S206商桐路上蔡大李庄至顺河段改建工程K230 106处,设计为一孔正交4 m的涵洞,结构类型上部结构为钢筋砼矩型板,下部结构为轻型桥台,基础结构为厚度60 cm的C20#钢筋砼基础。地质剖面自上而下由杂填土、淤质粘土及黄粘土构成。淤质粘土呈软塑状,下部的黄粘土呈硬密状,是较为理想的持力层。持力层的实际埋深约4.5 m,当时曾考虑用喷粉桩或换土垫层法处理,经业主方、设计方、监理方同意作技术经济比较最后采用了短木桩的处理方案。

2.2短木桩的设计计算

在短木桩的设计计算中,作为挤密桩时,可按式(1)设计:

S=0.95d=A/AP(1)

式中,S为桩的间距(m);d为桩径(m);e0为挤密前土的天然空隙比;e1为挤密后所要求达到的空隙比;n为每m2桩的条数;A为每m2地基所需挤密桩面积,=(e0-e1)/(1 e0);Ap为单桩横载面积(m2)。

在短木桩的设计计算中,作为端承桩时,可按式(2)设计:

Pa=Φα[δ]A(2)

式中,Pa为单桩承载力(kN);Φ为纵向弯曲系数,与桩间土质有关,一般可取1;α为桩材料的应力折减系数,木桩取0.5;[δ] 为桩材料的压力(kPa)。

本实例的结构物上部结构为钢筋砼矩型板,下部结构为轻型桥台,基础结构为厚度60 cm的C20#钢筋砼基础。上部结构传至基础顶面的竖向力及基础自重力2440 kN,持力层的容许承载力经综合分析取200 kPa,基础埋深1.6 m,基础底面尺寸为1.6 m×12 m,该实例持力层埋深较浅,因而采用端承桩设计。

根据打桩公式:Pa=Φα[δ]A,当以松木为材料,松木的承压允许[δ]为2900 kPa,本方案以木桩的直径为15cm计算。

Pa=Φα[δ]A=1×0.5×2900×(0.15/2)×π=25.6 kN/根

每平方米所需桩数为n=2440/(1.6×12×25.6)=4.96根,实取5根/m2。该工程的桩基底面积为1.6×12×2=38.4m2,所需木桩数:38.4×5=192根,桩的布设形式按梅花形。全部打桩完毕后,在桩顶铺设10 cm厚C10#砼垫层,然后施工基础。

2.3使用经济效果分析

根据施工预算,当时当地15～20 cm直径的木桩3m长的每根木桩工料费为35元/根,总费用192×35=6720元。若用喷粉桩处理约需3.0万元。若用换砂砾垫层处理约需2.2万元。该工程2003年10月竣工通车已使用多年,通过观测证明,结构稳定安全,效果良好。

3短木桩处理软土地基的适应条件

一般软土厚度小于5 m时较为适用短木桩处理,为了便于人工打桩,桩长2～4 m为宜,可作端承桩或挤密填土的挤密桩。作端承桩时,为了保证桩尖能贯入持力层,上部可先开挖至基础的埋深后再打桩。木桩的材料以松木为宜,因松木含有丰富的松脂,能很好地防止地上水和细菌对其腐蚀作用,价格也比较便宜。木桩适于地下水位以下地层中工作,对于地下水位变化幅度较大或具有较强腐蚀性地下水的地方,软基处理费用较大的(大约超过10万元),不宜采用木桩处理方法。

实践证明,短木桩处理软土地基时,有施工方便、经济效益明显等优点,也可避免大量的土方开挖。用短木桩处理软土地基在经济和技术上是可行的,可为一种处理软土地基的有效手段。

参考文献:

[1] GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].

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