浅谈松木桩在软基处理中的应用

(南昌蓝水工程监理有限责任公司，江西 南昌 335100)

软土地基处理历来是水利工程建设的难题，水利工作者在实际工作中根据各自地理位置、气候条件、工程状况等要素进行了不同程度的探索与实践。目前，就全国而言尚没有统一的技术措施，各个地区根据情况的不同采取相应的措施。无论采取什么措施都需经地基承载力试验，确定能够满足地基承载力要求。本文以实际工程为例，研究和探讨松木桩在挡土墙基础处理中的应用。

1 工程项目概况

高标准农田建设项目，可以达到“路相通、沟相连、田成方、涝能排、旱能灌”的目的，保证农田旱能灌，涝能排，提高农作物产量，同时也改善了农田水环境，对发展农业经济意义重大。

余干县2017年统筹整合资金推进高标准农田项目，项目区位于国营康山垦殖场，地处赣江、信江、抚河入鄱阳湖的交汇处，紧临德昌高速和昌万公路，距南昌37km，是农业部2016年农垦农机标准化创建示范单位。

项目区地处鄱阳湖滨湖核心区域，主排涝沟现状平均淤泥深度1.20m，软基础平均深度1.80m。主排涝沟原设计采用C20现浇混凝土挡土墙型式，清除淤泥后开挖至硬土基础，承载力试验合格后，浇筑20cm厚C15混凝土垫层，垫层上进行挡土墙施工。

2 工程项目存在的问题

工程建设过程中存在一些技术难题，如不能妥善解决，将会严重影响工程质量，降低工程效益。实际施工时，清淤并开挖1.80m后，发现多处出水量较大的泉眼，地基承载力达不到设计要求，挡土墙整体稳定性无法保证，如何对软基础进行处理成为影响工程质量的关键因素。

3 软基处理方案拟定

3.1 方案一：抛石挤淤方案

抛石选用非风化片、块石，料径不小于300mm。片、块石都经过抽样送检合格后用于工程施工。清除表层80cm左右淤泥后，用自卸汽车将石料运至抛投现场坡脚边缘，先用挖掘机进行分选抛投，即由挖掘机将大粒径的片、块石均匀分层抛投。抛投过程中首先挖掘机斗下压整平，填满整条主排涝沟后，挖掘机来回走动进行碾压，使片、块石沉入基本稳定。碾压过程中，用人工将片、块石空隙以小石或石屑填满铺平，直至抛石层顶面平整无明显孔隙。

3.2 方案二：沟底满堂浇筑方案

清除表层80cm左右淤泥后，由于泉眼较多，设置小排水沟和集水井集中抽水，使用搅拌坍落度较小的C20混凝土铺底，厚度20cm，待终凝后按设计要求进行后续施工。

3.3 方案三：松木桩固基方案

松木富含松脂，防腐能力良好，有“水上千年杉，水下万年松”之说。松木桩固基具有施工周期短、抗冲能力强、经济可行、生态效果显著等优点，在软基处理，特别是淤泥、淤泥质土的基础处理中具有很好的适应性。松木桩长4m，梢径10cm，纵向间距50cm单双排梅花形布置，横向间距30cm，打好桩后回填20cm厚中砂 ，再浇筑混凝土承台 ，预留20cm桩头埋在混凝土承台里。

4 软基处理方案试验

首先进行工程地质勘察和土工试验，查明土层分布及物理力学性质，综合考虑施工布置、工程造价等各方面因素，通过方案比选，科学合理地制定地基处理方案。

4.1 方案一：抛石挤淤方案试验

a.主排涝沟淤泥层厚度较大，软基础平均深度达1.80m，抛石挤淤需要大量片、块石，成本较高。

b.项目区道路主要为小型机耕道，很难满足载重货车通行，会对道路基础造成很大损害。

c.软基深度太大，无法采用大型碾压设备进行碾压，地基承载力无法达到设计要求。

综上分析，该方案不予采用。

4.2 方案二：沟底满堂浇筑方案试验

a.软基础没有深入处理，地基承载力无法满足要求。

b.沟底泡泉会严重影响底板整体承受力和稳定性。

c.从生态多样性角度考虑，满堂浇筑不符合环境保护要求。

综上分析，该方案不予采用。

4.3 方案三：松木桩固基方案试验

a.南方松木资源较为丰富，价格适中，采用松木桩处理软基经济效益明显；其“水下千年松”的特有防腐性，在软基处理，特别是淤泥、淤泥质土的基础处理中具有很好的适应性。

b.作为传统的基础处理方式，松木桩强度高且密度小，弹、韧性好，可承受一定冲击作用；且具有施工方便的优点，可避免大量的土方开挖。

c.其具有吸湿性及湿胀干缩性，在吸水后体积膨胀，对桩间土有一定挤密作用，同时增大摩擦作用。

d.软土厚度小于5m，较为适宜用松木桩处理。松木桩由于桩长限制(一般不长于5m)，处理深度受限；处理深度限制同时也限制其处理承载力，一般适用于承载力不高于130kPa的部位。

e.根据工程预算以及类似工程实践，软土地基处理所采用的梢径10cm、长4m的松木桩，每根桩工料费比12cm×12cm、4m长的混凝土预制桩节约72%左右 ；比拋石挤淤方案节约55%左右，在工程造价方面具有明显优势。

综上分析，采用该方案。

5 工程设计及施工工艺

5.1 工程设计

5.1.1 单桩承载力的确定

Ra=φα[σ]Ap

式中Ra——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；

α——桩材料的应力折减系数，木材取0.5；

[σ]——桩材料的容许应力，梢径10cm的松木桩[σ]=2500kPa；

Ap——桩端截面积，m2，桩端最小直径按10cm计算。

经计算，松木桩单桩承载力为21.25kN。

5.1.2 确定松木桩数

经挡墙稳定及应力应变计算，要求最小地基承载力为100kPa，单位面积所需松木桩数计算如下:

n=σo/Ra

式中n——单位面积中的松木桩数,根;

σo——松木桩所承受的承载力,kPa;

Ra——单桩承载力标准值,kN。

计算得n=4.7根，每平方米采用5根松木桩即可以满足挡墙地基承载力的要求。

5.2 施工工艺

为了便于打桩，桩长不宜超过4m，为保证桩尖能进入持力层，上部开挖至基础的埋深后再打桩，施工工艺流程及注意事项如下。

5.2.1 松木桩制作

选用梢径100mm、长度4m的松木桩；松木桩为“原木”，不用剥皮，不要锯成其他形状，以免后期桩身受力弯曲变形失效，锯平桩头；切勿将“松木桩”更换成更笔直，桩长更长的“杉木桩”或其他桩，因为杉木在水中将会快速变黑、变形。

5.2.2 施工控制要点

将挖掘机斗提到桩架顶部，安排人员扶桩，待插好桩后轻落在桩顶上，再检查桩帽与桩的中轴线是否一致，保证桩的垂直度，如有偏差及时调整。开始正常下压时应一次到位，不得中途停顿，以免土恢复后难以下沉。

压桩完成时停压标准：原则上要求桩的入土深度和贯入度均应符合设计规定，若达到此标准确有困难时，可采用下列方法进行处理：设计桩尖标高处为一般黏性土层时，由于桩的贯入度变化不大，难以利用贯入度变化判断桩尖是否进入设计土层，可以桩尖标高控制。沉桩后桩顶标高允许偏差为±10cm。沉好一根桩后，应立即进行检查，确认桩身无问题后，才移动桩架。

淤泥及淤泥质土水平抗力很小，桩群上端容易出现整体水平位移，从而拉裂地面设施。处理办法为在松木桩间浇筑C20混凝土垫层，以提高桩群的水平刚度。

5.2.3 施工注意问题

不得采用大能量的挖掘机施工，特别是桩尖进入硬层贯入度变小时容易造成桩头和桩身损伤。松木桩所能承受的冲击能控制在3000N·m以内，太大会破坏桩体。

沉桩下沉过程中，当桩穿过软土层后突然进入硬层时，会产生较大的压应力；当桩穿过硬土层后突然进入软土层时，会产生较大的拉应力。须注意观察，严格操作，否则会打坏桩。下压时要注意桩顶的压应力、桩身的拉应力以及桩身的压曲。

对发生“吸入”现象的桩应进行复压。“吸入”是指桩在黏土中连续锤击时 ，由于土的渗透系数小，桩周围的土不能渗透扩散，而沿桩身向上挤出，形成周围的润滑套，使桩周围的摩擦力大为减少；在休止一定时间后，桩周土摩擦力恢复增大。

打桩完成后要锯掉超出设计高度的桩头，清除作业区淤泥，回填20cm厚中砂，浇筑20cm混凝土承台，桩头埋入承台之中。

6 结 语

经过松木桩处理的软土地基，经地基承载力试验，能够满足挡土墙地基承载力要求。该工程完工后已运行1年，基础无明显沉陷，工程质量良好，能够满足行洪排涝要求。松木桩固基处理技术，在滨湖地区挡土墙基础处理、机耕桥基础施工和预制六角块齿槽基础加固等项目中有良好的可适应性，具有较强的借鉴和推广价值。