浅层软土地基处理方法

邱乾勇，罗海东，陈 佳

（南京市水利规划设计院有限公司，江苏 南京 210006）

0 前言

软土地基是一种具有强度较低、压缩性较高和透水性较小等特性的不良地基，习惯上也把工程性质接近淤泥土的粘性土统称为软土。软土地基承载力和变形往往都不能满足设计要求，因此需采取地基处理措施来提高地基的强度和减少地基沉降。目前常用的软土地基处理方法主要是排水固结法、换填法、砂石挤密桩、水泥搅拌桩、钻孔灌注桩、预制混凝土桩、松木桩等方法，而松木桩是一种不为人所称道的地基处理方法。

松木富含松脂,防腐能力良好，谚语有“水上千年杉,水下万年松”之说,作为一种古老的地基处理方法,松木桩具有取材容易、施工技术简单易行、造价较低等优点，目前松木桩地基承载力计算尚未完善，国家尚无设计规范可循。本文根据松木桩加固机理的特性,并结合工程实例,论述了松木桩地基处理的设计方法。

1 松木桩软土地基加固机理

采用松木桩加固的软土地基属复合地基的范畴。松木桩对软土地基加固机理为[1]:

（1）桩体效用。松木桩复合地基中桩体的刚度比桩间土体的大,在荷载作用下,为了保持桩体和桩间土之间变形协调,地基中的应力将材料模量分配。因此,桩体上产生应力集中现象,使桩体承担较大比例的荷载,桩间土承担的荷载相应减少,可将地基荷载传递到深处土层,确保桩对地基的加固作用。

（2）垫层效用。松木桩复合地基的加固区宏观上可视作—复合土体,其力学性能比原天然地基好，在荷载作用下,复合土体能起到均匀应力、增大压力扩散角作用，有利于提高地基承载力,减少地基沉降量。

（3）挤密效应。松木桩复合地基在施工过程中对桩间土体的挤密作用,使桩间土压实,从而使桩间土的承载力得到提高，压缩性降低。

2 工程实例

2.1 工程概况

南京市浦口区某河道整治工程，设计堤防断面采用复试断面，迎水坡设2 m高浆砌石挡墙，墙后为2 m宽景观平台，平台以上为1∶2斜坡。设计断面如图1所示。

图1 堤防设计典型断面图（单位：mm）

2.2 地基应力计算

根据《水工挡土墙设计规范》，挡墙基底应力按式（1）计算：

ΣG——作用在挡土墙上的全部垂直于水平的荷载；

ΣM——作用于涵洞基础底面的全部荷载对基础底面垂直水流方向形心轴的力矩；

A——挡土墙基底面的面积；

W——挡土墙基底面对于基底面平行前墙墙面方向形心轴的截面矩。

计算得地基最大应力设计值为65.5 kPa。

根据地堪报告，本次工程约有500 m长的挡墙基础在②层淤泥质粉质粘土，层厚为3.5～4.0 m。该层土承载力为50 kPa，地基承载力不满足设计要求，因此需要进行地基处理。从安全性能、施工进度、工程投资等方面对多种地基处理设计方案作了认真必选，最终选取木桩处理方法。

2.3 松木桩基础处理设计

根据相关工程经验，设计采用松木桩长度为5m，桩径0.15 m，间距0.6 m，梅花形布置。

2.4 松木桩基础承载力计算

2.4.1 单桩承载力计算

（1）按材料强度确定单桩承载力标准值

松木桩单桩承载力按桩材强度确定的单桩承载力标准值按式（2）计算[2,3]:

式（2）中：RK——单桩承载力标准值，kN；

φ——纵向弯曲系数,与桩间土质有关,一般取1；

a——桩材料的应力折减系数,木材取0.5；

[σ]——桩材料的容许应力,取2 500 kPa；

AP——桩端截面积，m2。

计算得=22.08 kN

（2）按照土抗力确定单桩承载力

松木桩的单桩标准值由侧摩擦力与桩端承载力组成，即：

式（3）中：RK——单桩承载力标准值，kN；

uP——桩身平均周长，m；

qSi——桩周第i层土的侧阻力标准值（kPa）， 取 10 kPa；

li——桩穿越第i层图的厚度，m；

a——桩端阻力修正系数，取0.5；

qp——桩端土的承载力标准值（kPa），取50 kPa；

AP——桩端截面积，m2。

计算得RK=23.99 kN。取上述两种计算方法中小值，即单桩承载力RK=22.08 kN。

2.4.2 木桩复合地基承载力计算

木桩复合地基承载力计算参照深层搅拌桩进行计算[4]：

式（4）中：fspk——复合地基的承载力标准值，kPa,；

m——面积置换率；

Rk——单桩竖向承截力标准值，kN；

AP——木桩截面积，m2；

fsk——桩间天然地基土承载力标准值（kPa），取 50 kPa；

β——桩间土承截力折减系数,取0.8。

计算得fspk=73.61 kPa>65.5 kPa，满足设计要求。

2.5 松木桩施工

本次木桩施工采用液压挖掘机打桩，每4～8min即可打一根桩，施工质量和工期都得到了有效的控制。为了使挤密效果好,提高地基承载力，打桩时由基底四周往内圈打桩。打桩完毕后，按设计高程锯平桩头，清挖打桩时挤出的淤泥，在桩顶铺设0.3 m厚级配砂石褥垫层并加以压实，然后再浇筑挡墙垫层及底板，每根桩的桩头嵌入混凝土垫层中。

3 结语

根据多年设计经验，软土地基设计前必须认真进行工程地质勘察，查清土层及土质情况，通过方案比选，综合考虑，合理选择地基处理方案。一般软土厚度小于5 m时较为适宜用松木桩处理。松木桩适宜在地下水位以下的环境工作,对于地下水位变化幅度较大或地下水具有较强腐蚀性的地区不宜使用松木桩。由于受桩身强度和桩长的限制，松木桩的单桩承载力不会很大，一般在25 kN以下，因此，松木桩主要用于设计承载力不是很高的工程，通常设计最大地基应力不超过100 kN/m2。总之，松木桩处理软土地基具有施工工艺简单、处理效果明显、材料来源广泛、施工速度快、工程造价省等优点,特别是对一些简单的软弱地基加固具有一定的推广应用价值。

[1]吴宁.松木桩在软土地基加固中的应用[J].云南交通科技,2003，19(5)：22-24.

[2]GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[3]龚晓南.地基处理手册(第二版)[M].北京：中国建筑工业出版社,1992.

[4]JGJ 79-2002，建筑地基处理设计规范[S].