松木桩法软土地基加固应用及效益分析

柯霓

摘 要：本研究以株洲市南方中学实际工程案例为依托，针对其软土地基承载低的问题，借用当地松木产量多的环境优势，利用松木桩法对该软土地基进行处理加固，并在此基础上对其所产生的各项效益进行细致分析评估，结果表明，采用松木桩法可较好地提高软土地基承载力，使其满足设计及要求。此外，采用松木桩法亦可产生显著的经济效益、社会效益和节能环保效益。

关键词：软基;地基处理;松木桩;加固

由于自然环境或原生地质条件的影响，在实际施工过程中，常遇到承载力不足或沉降过大的软土地基。为确保建筑物或构筑物的安全性和稳定性，需对该类软土地基进行处理加固使其满足设计和使用要求。针对该问题，目前已有许多国内外学者进行了深入研究[1-4]。姚爱民等[6]充分利用了高压旋喷桩具有施工噪声低、振动小、施工占地小等优点，将其利用于软土地基加固中，并取得了加高的应用效率和较优的应用效果。基于以上所述，虽然目前已有诸多学者针对软土地基处理加固问题开展了大量的研究，但对于实际工程而言，由于实际情况较为复杂，不同地区以及不同工程案例均需采取不同类型的软土地基加固方式。本研究以株洲某区域具体实际工程案例为基础，充分利用当地自然环境条件，采用松桩法对软土地基进行加固处理，并进一步分析了该软土地基处理方式的经济效益、社会效益和节能环保效益，为软土地基处理提供了一种新思路和新方法。

1松木桩软基加固方法基本原理及优势

1.1工艺基本原理

一般而言，可认为松木具有强度高、韧性好、防腐能力强等优点。综合考虑到松木生长周期短，且易于取材及加工等优势，在施工过程中，可通过将松木粗加工，以一定的布置方式压入软基中的方式对软土地基进行处理，以达到工程质量要求。通常情况下，需通过采用挖掘机将一定长度的新鲜松木垂直压入软基，并入持力层1m进行软基加固，松木端径为以及梢径依据实际情况确定，桩间距应依据设计要求进行确定，桩顶采用毛石以及碎石碾压结板传力。

1.2工艺优势

相比换填垫层法、预压法、强夯置换法、碎石桩法等软基加固施工方法而言，松木桩加固的方式具有十分显著的优势。考虑到松木为一生长周期较短的南方常见树木，采用松木桩进行软基加固过程中，建筑施工取材方便，且工程量相对较小，运输便捷，处理成本低。此外，整体施工工艺较为简单，在施工过程中，无需进行大体量开挖，且施工设备简单。另，在采用松木桩加固过程中，其施工关键工艺为采用挖机按既定的布置点位将松木桩压入软基中，整体耗时较短，施工周期可显著减短。

2工程案例应用

2.1工程实例概况

本文以株洲市南方中学新校区新建工程项目道路软基处理为例，南方中学新校区新建工程（2018.11.30—）位于株洲市芦淞区董家塅街道，东临航展路、南临航缘路、西临航工路、北至机场大道。净用地面积115287.23平米，总建筑面积128940.55平米。其中计容面积114238.55平米，容积率0.991。合计11栋建筑，分别为3栋教学楼、2栋宿舍楼、1栋教职工宿舍楼、1栋食堂、1栋科技实验楼、1栋职教楼及图书馆、1栋体育艺术楼（连体建筑）、1个400米环形田径场、1个球类运动场，精装修以及配套给排水、供配电、弱电、净水系统、安防监控、园林景观、道路、地下停车场等附属工程。校园道路总长约2360m。其中，科技馆区域50m长7m宽道路软基位于路基以下4.5m范围。

2.2工程地质情况

松木桩一般适宜加固位于地下水位线以下或者含水率较高的软基，处理深度适宜为2-5m。南方中学新校区新建工程項目岩土工程详细勘察报告显示，该区域待处理软基区位于结构基础标高下4.5m范围，分别为1m厚回填土，0.7m厚耕土，2.8m淤泥质黏土，下卧层为土质情况良好的粉质粘土，如图1所示。此外，因待处理软基临近池塘，现场土方含水率高。

为进一步核实校验地勘描述的准确性，以南方中学新校区新建工程为例，在场地平整完毕后，进行了3处探坑，经现场开挖查验，软基埋置深度与土质情况与地勘描述相符。

2.3设计与计算

根据设计要求，本工程消防车等效均布活荷载标准值为26～33kN/m2，本次计算取q1=30 kN/m2。道板采用200mm厚C30素混凝土，等效荷载q2=4.8 kN/m2;水稳层合计300mm厚，等效荷载q3=6.72 kN/m2;沥青混凝土合计10 0mm厚，等效荷载q4=2.35 kN/m2;则正常使用极限状态标准组合下：q=q1+q2+q3+q4=43.87 kN/m2。

根据《建筑地基处理技术规范》，单桩轴向承载力可以通过以下公式进行计算：

式中φ为—纵向弯曲系数，与桩间土质有关，一般取1;η为材料的应力折减系数，木材取0.5;[δ]为材料容许应力，取2700 kPa;Ap为松木桩有效截面积。

此外，单桩竖向承载力特征值可按下式进行估算：

式中α为桩端阻力发挥系数;qsi和qp分别为桩周第i层上的侧阻力、桩端端阻力特征值;本工程淤泥质粘性土侧阻力特征值为20 kPa，按摩擦桩计算;耕土、回填土地勘未提供相关参数，采取保守方法，不参与计算;up为桩的周长，本工程为0.12π;li为第i层土的厚度，本工程厚度为2.8m ;N为桩深范围内所划分的土层数，本工程取1。

经由上式计算得到，， 因此，取。则每平方米需打桩根桩，取3根。综上计算，实际松木桩加固软基采取500mm×500mm梅花形布置，每平方布置根数为n=4根，则面积置换率m为2.56%。

根据《建筑地基处理技术规范》，复合地基承载力可以按下式估算：

式中β为桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75-0. 95，天然地基承载力较高时取大值，本工程取0.75;fsk为处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值，本工程为38 kPa。

经由计算得到，因此，满足设计要求。

2.4加固方案

依据设计要求，通过计算验证，最终确定南方中学新校区新建工程松木桩加固软基方法。在加固过程中，拟采用直径≥120mm的松木桩，500mm×500mm梅花形布置，松木桩需穿透0.5m厚回填土、0.7m厚耕土，2.8m淤泥质黏土，锚入粉质粘土1m。桩顶采用500m厚毛石+100mm厚碎石碾压结板传力。

3效益分析

3.1经济效益

以株洲市南方中学新校区新建工程松木桩软基处理施工为例，本方法应用面积为350㎡，合计1616根，7272 m。为进一步定量化分析本方法所产生的经济效益，通過与预制管桩施工方法所消耗费用高进行对比分析得到如表1所示结果。从表中可知，相比较于预制管转法所消耗费用100.69万元，采用松木桩法进行软土地基加固费用仅需71.26万元，其经济效益显著。

3.2 社会效益

松木桩加固软基施工方法具有成本低、施工工艺简单、施工速度快等优点。通过本方法的应用，现场软基问题得到了良好的处理。处理350㎡软基，从松木桩材料进场至软基处理完成，仅花费3个工作日，且质量验收一次通过，体现了现场施工问题处理的效率，受到监理、建设等单位的一致好评，同时也为企业树立了良好的品牌形象。

3.3节能环保效益

株洲地区松木资源良好，取材简单。松木桩加固软基施工过程中，未采用任何有环境污染的化学产品，整套施工工艺能源消耗低，建筑垃圾产生量少，减少了土方开挖量，对环境基本不造成影响。

4结论

本研究以株洲市南方中学软土地基问题为工程依托，从当地自然环境出发，采用松木桩法对该工程软土地基进行处理，并在此基础上，进一步分析了松木桩法所产生的各项效益，得到主要结论如下：

（1）松木桩法可有有效地提高地基承载力，使其满足设计和使用要求，为软土地基处理提供了一种新方法和新思路。

（2）以具体工程环境为依托，采用松木桩法进行软土地基处理可有效地缩短工期，并产生显著的经济效益、社会效益和节能环保效益。

参考文献：

[1]刘国. 用模糊数学方法选择软土地基加固方案[J]. 水文地质工程地质， 2012， 22（4）：19-21.

[2]刘秉辉. CFG桩在铁路客运专线软土地基加固中的应用[J]. 铁道标准设计， 2007， 1（6）：19-21.

[3]丁光文， 叶春林. 布袋注浆桩在深厚层软土地基加固中的应用[J]. 岩土工程技术， 2007， 21（5）：239-242.

[4]高文泉， 罗福贵. 建筑软土地基加固处理技术的分析与探讨[J]. 科技创新导报， 2013， 11：（1）：50-55.

[5]姚爱民. 高压旋喷桩在软土地基加固工程中的应用分析[J]. 工程建设与设计， 12（17）：23-29.

（湖南省第五工程有限公司，湖南 株洲 411104）