杉木桩在小港湖闸下游翼墙地基处理中的应用

张丹　李顺兵 梅强 曹雪琴 徐建华

【摘要】本文针对小港湖闸下游翼墙的基础处理问题进行了讨论，证明了杉木桩在软土地基处理中的可靠性。

【关键词】下游翼墙；杉木桩；淤泥质土；基础处理

1、前言

小港湖闸位于湖北省洪湖市，洪湖在小港的出口处，与洪湖船闸并列，设计流量214.5m3/s，是四湖流域防洪排涝体系中的重要组成部分。小港湖闸于1962年建成，并于2016年完成原址拆除重建，本文主要针对小港湖船闸拆除重建过程中下游翼墙的基础处理问题进行讨论。

2、工程概况

小港湖闸下游翼墙采用C25砼扶臂式挡土墙，墙高7.5m，墙底板宽8.5m，基地应力最大值155kpa，最小值125kpa，平均值140kpa，建基面高程19.5m，建基面以下土层自上而下分别为：

①湖积淤泥质土（Q4l）：该层建基面以下厚约1.5m，层底高程约18.0m，承载力标准值fk= 80kPa，桩周土侧阻力特征值为9kPa。

②冲湖积粘土（Q4al+l）：该层厚约4m，层底高程约14m，承载力标准值fk= 110kPa，桩周土侧阻力特征值为18kPa。

③冲洪积粘土（Q4al+pl）：该层厚4m，层底高程约10m，，承载力标准值fk= 190kPa，桩周土侧阻力特征值为32kPa。

④冲洪积粉细砂 （Q4al+pl）：该层承载力标准值为fk= 170kPa，桩周土侧阻力特征值为18kPa。

3、基础处理形式的选择

该工程初步设计阶段对翼墙基础采用水泥土搅拌桩进行处理，但施工阶段发现下游翼墙上方为10kv高压线，水泥土搅拌桩施工时，钻机与高壓线之间的距离太小，无法保证施工安全，故施工阶段改用杉木桩。杉木桩设计间排距0.5m，正方形布置，桩头径不小于0.15m，尾径不小于0.13m，设计桩长6m，桩顶高程19.1m，桩顶铺设30cm厚级配砂石褥垫层，桩端落在③冲洪积粘土（Q4al+pl）层，地基处理范围为基础外缘扩大3排桩。

4.、杉木桩计算

（1）单桩承载力计算

目前我国尚无相应的设计规范可直接用于木桩复合地基的设计。本文根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中有粘结强度增强体复合地基的相关公式计算，则有杉木桩单桩承载力特征值计算公式如下：

a. 由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力

式中：

Ra——单桩承载力设计值（kN）

μ——桩身平均周长，取0.439m

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值，①②③号土层分别取9、18、32kPa。

li——桩穿越第i层土的厚度，①②③号土层分别取1.1m、4m、0.9m。

α——桩端端阻力发挥系数，取1

qp——桩端地基土承载力标准值，取170kPa

Ap——桩体截面面积，取0.015 m2

经计算Ra=51.3kN。

b. 由杉木桩桩身材料强度确定的单桩承载力

参考《木结构设计规范》（GB50005-2003）附录G及4.2.1条表4.2.1-1，确定杉木适用的强度等级为TC11A，不考虑松木桩在自身及使用条件下的设计指标调整，由表4.2.1-3查得，fc=10×103kpa。

参考《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），按杉木桩自身抗压强度确定的单桩竖向承载力计算公式如下：

式中：

fc——桩材料容许应力，松木桩一般取10×103kPa

η——桩材料的应力折减系数，木材取0.25

经计算Ra=38.5kN。

c. 最终确定的单桩承载力

综上，单桩承载力特征值取a和b计算的较小值，即Ra=38.5kN。

（2）杉木桩复合地基承载力计算

复合地基的桩土面积置换率m的计算公式如下：

式中：

d——桩身平均直径，取0.15m

de——每一根桩分担的处理地基面积的等效园直径（m）

s——正方形布桩时的桩间距，取0.5m

经计算m=6.13%。

参考《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），则有粘结强度增强体复合地基计算公式如下：

式中：

fspk——复合地基的承载力特征值（kPa）；

m——复合地基的桩土面积置换率，取6.13%

Ra——单桩竖向承载力特征值（kN），38.5kN

λ——单桩承载力发挥系数，1

β——桩间土承载力发挥系数，0.7

fsk——加固后桩间土的承载力特征值（kPa）；80kPa

经计算，木桩复合地基承载力特征值fspk=182.5kPa，大于下游翼墙基地应力最大值155kpa，故加固后的木桩复核地基承载力满足设计要求。

5、杉木桩地基处理的质量控制

木桩应挺直，不得有腐朽、虫害及漏节等，且打入前应采用沥青浸泡或其他防腐措施。为打木桩时能顺利灌入土层，减少阻力，保护桩头，宜将木桩尾部削成尖锥状。

木桩地基处理无需专用的沉桩设备，一般可以采用挖土机的挖土臂进行施打，施打顺序宜由基坑四周往内圈施打。当淤泥开挖深度较大时，先在木桩处理范围的外围施打支护桩，防止开挖过程中淤泥坍塌。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。

6、总结

目前，小港湖闸拆除重建工程已经投入使用，施工及运行期间检测翼墙变形及沉降量均满足规范要求，从而说明杉木桩复合地基在提高地基承载力和减小地基沉降量方面取得了很好的效果，而且，杉木桩施工设备及其操作过程简单，在大型机械很难进场、木材来源比较丰富的情况下优势尤其明显。

参考文献：

[1] 中国建筑西南设计研究院主编.木结构设计规范（GB50005-2003）.北京：中国建筑工业出版社，2004.

[2] 中国建筑科学研究院主编.建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）.北京：中国建筑工业出版社，2013.

作者简介：张丹（1984-），女，汉族，陕西渭南人， 硕士研究生。