小圆木桩在宝射河治理工程软土地基处理中的应用

张云华 郝中文 胡勇刚

（宝应县水务局，江苏宝应 225800）

1 工程概述

宝应县中小河流宝射河位于宝应运东地区，是宝应县五横四纵的河道之一，也是里下河地区的骨干排涝河道之一。该河道东西走向，西起宝应船闸与里运河相通，向东经望直港、卞家大树、牌楼庄、王家大桥、高夏至大黄土沟与黄沙港衔接，全长37.52km，是里下河腹部地区主要航道之一。流域面积近 284km2，保护人口 25万人，保护耕地面积27万亩。

河道运行数十年，沿线穿城区、集镇、村庄，淤积堵塞严重，过水断面萎缩。南堤局部堤防标准偏低、河坡损毁、塌坍，排涝标准不足五年一遇，防洪标准不足十年一遇，加之沿线工程老化失修，大部分涵闸因病险等原因无法正常运行，致使宝射河效益衰减，成为经济发展的瓶颈。综合整治宝射河，提高该区防洪排涝标准，从而为经济发展奠定良好的基础。

要解决该片地区的水利矛盾，针对该片地区的地形特点，对中小河流进行整治、扩大外排出路、加强河网沟通等措施均为有效途径。因此宝射河上段整治已列入《扬州市重点地区中小河流治理近期建设规划》中治理项目。

根据《扬州市重点地区中小河流治理近期建设规划》以及江苏省水利厅《关于做好重点地区中小河流治理建设规划编制有关工作的通知》，本着轻重缓急、兼顾全局的原则，对宝射河上段先行整治，起点宝应大河，终点营沙河，工长11.3km，主要工程内容包括老河道疏浚、圩堤加固、块石护砌及沿线配套建筑物等。

2 工程地质

在场地勘探范围内，根据土层的成因类型，物理力学性指标，描述如下。

第1层：人工堆土，灰黄色粘土，表层含植物根系，结构松散，土质不均。多位于地下水位以上，多处于不饱和状态，标准贯入击数 N＝4击，比贯入阻力 Ps＝1.18MPa，层厚 0.5～4.2m，平均层厚2.4m，场地普遍分布。

第2层：灰黄色粘土，多数软塑～流塑状态，少数可塑状态，N＝2击，允许承载力建议值[R]＝70kPa，压缩模量Es＝4.46MPa。层厚 0.7～3.2m, 平均层厚1.9m，场地普遍分布，局部缺失。

第2-1层：灰色淤泥，流塑～软塑状态。N＝1击，[R]＝50kPa，Es＝0.51MPa。层厚 1.5～4.3m, 平均层厚3.1m，场地普遍分布，局部缺失。

第3层：灰黄色粘土，含铁锰质结核，可塑状态。N＝8.8击，Ps＝2.29MPa，[R]＝180kPa，Es＝6.00MPa，层厚 1.5～3.5m，平均层厚 2.2m，场地普遍分布，局部缺失。

第4层：灰黄色粘土夹壤土，多数可塑状态，少数硬塑状态。N＝9.2击，Ps＝2.96MPa，[R]＝140kPa，Es＝10.13MPa，层厚 1.0～4.7m，平均层厚2.5m，场地普遍分布。

第5层：灰黄、黄色壤土夹砂壤土，其中壤土多数可塑状态，少数硬塑状态；砂壤土密实状态。N＝14.6 击，Ps＝5.29MPa，[R]＝160kPa，Es＝14.81MPa。部分钻孔揭穿，层厚 1.4～6.8m，平均层厚2.4m，场地普遍分布。

第6层：灰黄色壤土夹粘土，含铁锰质结核、砂礓，其中粘土硬塑状态；壤土多数硬塑状态，局部可塑状态。N＝20.5击，[R]＝320kPa，本次勘察未穿透该层，最大揭示厚度6.1m。

3 地基处理

根据设计要求，结合宝射河航道“五改四”升级，确定河底高程位于▽-2.5m，将护砌翻砌为块石驳岸墙，顶高程为2.8m，底板顶高程0.0m。

结合土层土质情况，基础大部分在第3层土、第4层土，局部在第2～1层土上，第3层、第4层土可作为河道疏浚基础的天然地基持力层。但由于第 2～1层土强度低，压缩性高，不宜作基础持力层，需对第 2～1层土进行强度和变形验算，或进行局部处理。第4～6层土力学强度一般或较高，作为下卧层可以满足设计要求。

由于局部驳岸墙底高程位于第 2～1层为灰色淤泥，流塑～软塑状态。N＝1击，[R]＝50kPa，土强度低且沿线土质变化较大，土质力学指标离散性大，需进行地基处理。根据地质勘探报告，推荐采用深层搅拌桩加固地基，但由于深层搅拌桩需进行试桩，宝射河工程在汛前施工，需要保证安全度汛，工期不能保证，因此在实际施工中变更为采用小圆木桩加固地基。

具体布置：木桩在平面纵横方向上呈等间距排列，间距为1.1m，桩长为5m（小头直径为14～16cm，大头直径为20～22cm）（详见图1）。

图1 宝射河河道断面设计图

3.1 地基加固机理

小圆木桩加固地基，其加固机理是采用端承桩群桩共同承受荷载（包括上部建筑物永久荷载和驳岸墙上活荷载），利用木桩的顺纹抗压性能较好，将上部荷载通过木桩直接传递给下部能够满足承载要求的持力层。利用木桩的抗剪性能来抵抗侧面的堤防土压力。而且，在水位变化区以下，木材含水率长期处于纤维饱和点以上，木材不易腐烂，也是木桩能用于软土地基处理的一个重要因素。

3.2 指标计算

3.2.1 木桩指标计算

根据端承桩承载特点，不考虑群桩效应时，单桩承载力【R】≧R=1.2S/n；R —单桩承载力计算值，1.2—安全系数，S—上部永久荷载和活荷载之和，n—单位面积内桩数，根据【R】值选取合乎要求的木桩。

在本工程中选取了杉木，杉木的顺纹抗压强度通常为 70MPa，能够满足要求。木材抗剪能力一般能满足要求，不需验算。

3.2.2 桩基持力层的选择

一般应选择压缩性低而承载力高的较硬土层作为桩基持力层。当地基中存在多层可供选择的桩基持力层时，应根据桩基承载力、桩位布置和桩基沉降的要求并结合有关经济指标综合评价确定。在本工程中选择第3层作为持力层，第3层，灰黄色粘土，含铁锰质结核，[R]＝180kPa，层厚 1.5～3.5m，能够满足承载力要求。

桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性、粉土不宜小于2d。当存在软弱下卧层时，桩基以下硬持力层厚度不宜小于4d。当持力层较厚且施工条件许可时，桩端全断面进入持力层的深度宜达到桩端阻力的临界深度。在本工程中桩端全断面进入持力层的深度取1m，且桩基以下硬持力层厚度能够满足要求。

4 施工方法与施工步骤

4.1 施工方法

小圆木桩加固地基的施工方法简便，主要是将木桩按设计位置打入土中，主要有以下几点。

（1）在设计位置标示出打桩位置。

（2）将木桩运输至设计位置附近并涂刷防腐漆。

（3）用10#铁丝在木桩大直径一头缠绕3-4圈，形成桩帽。

（4）用反铲式挖机绑扎吊绳，将木桩吊到设计位置。

（5）解除吊绳，人工稳定木桩。

（6）挖机用抓斗反面压木桩入土 1m，校正木桩垂直度，保证木桩垂直。

（7）用挖机匀速压木桩入土，速度约为1m/min（视土质而定，如土质较软，可加快速度）。

（8）最后 1m，用挖机抓斗反面锤击木桩桩帽处，因已进入持力层，木桩仅靠压力已不能进入较紧密的持力层，需要锤击加大压桩压力。

（9）木桩打入设计深度后，将木桩上端统一高度，按照进入承台20cm考虑，浇筑混凝土承台。

4.2 施工步骤

宝射河治理工程的施工，因为与宝射河航道“五改四”升级，南岸需退堤筑堤，从▽-1.5m填筑至▽5.0m；迎水面建设护岸，航道部门又有特定要求,指定为重力式挡墙。而重力式挡墙的施工，在墙身建成后，堤后不能有过高的集中荷载，否则容易造成挡墙侧向土压力过高，超过挡墙承载能力，使得挡墙整体倾向河道中。

根据以上情况，宝射河施工采用先从▽-1.5m筑堤至▽2.8m，在筑堤过程中设立沉降观测点，如沉降过大（在施工过程中控制沉降≦2mm/24h），需立即停止筑堤，等沉降稳定后再继续筑堤。然后开挖挡墙基坑，基坑开挖后，打设小圆木桩，浇筑混凝土底板，挡墙建成后，在▽2.8m上继续筑堤至▽5.0m。

5 结 语

由于成土环境的不同，会造成具有不同性质的特殊性土。工程实际中经常遇到的特殊性土常为软土，由于软土承载能力低，沉降大，因此需进行地基处理。常用地基处理方案较多，一般为换砂垫层，深层搅拌桩和灌注桩等。

由于工程造价和工期影响，在小型水利工程中有时需要采取一些简便易行的地基加固措施。小圆木桩加固地基是其中的一种。由于木材顺纹抗压强度较高，在水位变化区以下不易腐烂；而且打设小木桩施工简易，便于操作。因此在小型水利工程中常有采用。但要注意以下几点。

（1）在基础下部软弱下卧层下有较高承载能力的持力层可供使用。

（2）基础必须位于常水位线以下，不能处在水位变化区。

（3）木桩打设过程中，不能对桩造成损坏。

（4）木桩材质选择，应保证有足够的顺纹抗压强度。